工程師說 | 電池管理系統(tǒng)的趨勢、課題和對策

大家好，我是來自瑞薩電子的津田。瑞薩電子提供了車載級鋰離子電池控制系統(tǒng)評測套件（ISL78714BMS5XBEKIT1Z，ISL78714XB-EVKIT1Z），并正在考察無線電池管理系統(tǒng)。

我參與了電池控制系統(tǒng)評測套件的示例應用程序的軟件、模型的開發(fā)以及無線電池管理系統(tǒng)的PoC（Proof of Concept）模型的示例應用程序的開發(fā)。

本文將從電池的電芯數(shù)量的觀點，對電池管理系統(tǒng)的趨勢、課題以及對策進行說明。

1. 電池組和電池管理系統(tǒng)

電池組是提供驅動EV的電力，組是由多個電芯構成。比如1個電芯3.5V，96個電芯串聯(lián)構成的一組電池電壓為：3.5×96=336V。電池管理系統(tǒng)的功能是監(jiān)測電池的電芯電壓、電池組電流和溫度、均衡電池中各電芯的電壓（此功能稱為電芯均衡）、控制電池組的繼電器，通過檢測值算出電池的充電率、劣化率等。

2. 電池的趨勢

我認為電池的趨勢主要有兩個：一是為了增加續(xù)航里程的大容量化；另一個是為了實現(xiàn)高效率的高電壓化。從電芯數(shù)量來看，大容量化會增加并聯(lián)電芯的數(shù)量，高電壓化會增加串聯(lián)電芯的數(shù)量。

基于以上，我認為電池組中的電芯數(shù)量有增加的趨勢。

3. 電池管理系統(tǒng)的趨勢

根據(jù)電池組的電芯數(shù)增加的觀點，我認為以下是電池管理系統(tǒng)的趨勢：由于一個電芯監(jiān)測連接的電芯是有限的，所以電芯監(jiān)測會增加，從而導致電芯監(jiān)測間的電線、連接器增加。

4. 電池管理系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

在電芯監(jiān)測間的電線、連接器增加的情況下，我認為會產生兩個問題：一是由于電池組的分割等布局更改，會導致電線長度、成本、重量的增加；另一個是電線的斷線，連接器的接觸不良等障礙的增加。

5. 電池管理系統(tǒng)的對策

對于以上兩個問題的對策，我認為可以把MCU和電芯監(jiān)測（Cell Monitor）間的通信從有線更改為無線。

上述的電池管理系統(tǒng)被稱為無線電池管理系統(tǒng)（wBMS）。

哪種無線標準更適合無線電池管理系統(tǒng)？就通信距離而言，無線通信分為短距離無線通信、PAN（Private Area Network）、LAN（Local Area Network）、MAN（Metropolitan Area Network）、WAN（Wide Area Network）。其中無線電池管理系統(tǒng)被分類為PAN。此外，PAN也存在多種無線標準。例如ZigBee、Bluetooth?、Bluetooth? Low Energy（BLE）。從通信速度、能量消耗的觀點上看，BLE更適用于無線電池管理系統(tǒng)。

根據(jù)上述內容，無線電池管理系統(tǒng)的構成請參考下圖。

我們目前正在編寫上述系統(tǒng)的PoC軟件。在PoC軟件開發(fā)中，需要解決MCU和BMIC間的通信時間問題，我們將在今后的相關文章中進行說明，歡迎持續(xù)關注瑞薩電子公眾號。

作者：津田 哲治

Principal Engineer