纯电动车(Electric Vehicle)目前正成为各国发展新能源汽车时备受瞩目的焦点,纯电动车的电池管理设计,更是攸关能否提升纯电动车行驶性能的重要环节。目前最主要的工作,便是提高电池能量密度和提升电池发电效能,并且架构出一套纯电动车电池能与其他零配件完整搭配的系统运作。
若要提升电池使用效能,电池管理系统(Battery Management System;BMS)的设计便尤其关键。BMS要非常强调精确度,这关系到电池组的总发电量,也决定纯电动车行驶距离的长短。BMS主要是以电池计量单元和充电管理单元所组成,因为纯电动车是完全依靠电池发电作为动力来源,因此对于电池计量管理与充电管理的要求相对较高。
电池计量管理单元的功能是统计电池的充放电量,信息主要还是透过CAN总线传送给整车管理系统。而充电管理单元功能则是监测电池组的充电和放电效果。这是对电池组的每一个电池单元进行温度、电压、电流、自放电均衡电压、数据发送等监测功能,并且依据动、静态电池单元参数的变化,提出状况报告和建议,并将电池组的数据记录保存或发送给整车管理系统。
电动车的电池电源如何有效平衡输出,一直是纯电动车电源管理设计的重点项目。德州仪器(TI)是采用将高电量电池的能量传输给低电量电池、而不是高电量电池放电至最低电量的专利技术方式,在DC/CD转换器设置中使用一个小型电感和晶体管,便可提升至85%的效率。美国国家半导体(NS)则是透过不同模块的电池串联架构,经由适当的回路设计,达到电源输出一致的效果,让电源模块输出更加平衡。此一电池电源管理方案能让大型电池组(pack)输出效能达到1kV pack,并且具备完整的性能与健康诊断功能,不仅可支持标准化CAN车用网络接口,亦可支持双重保护与安全性传输层设计。
另一方面,凌力尔特(Linear)则已经推出下一代整合油电混合(HEV)和电动车电池管理系统IC,采用冗余系统监视电路,能够监视12个串联电池组电池的过压和欠压情况,可以菊链式连接多个IC,提供一种监视长串串联电池中每节电池的模式。此外,亚德诺(ADI)的整合型隔离电源数字隔离器及相关隔离式DC/DC转换器技术,可让电力能够被转换而穿越隔离障壁,藉此确保电池的监测功能不会同时汲取电池电力,可广泛应用在油电混合车和电动车领域。至于英飞凌(Infineon)也正藉由主导所谓E3Car 计划(Energy Efficient Electrical Car)的机会,研发控制电动车输配电的半导体组件及电源模块,可进一步用于车上最耗电的动力系统,也将用于功率转换器与锂电池。
台湾在电动车电池管理系统的研发能力也不落人后。台湾台泥集团旗下的能元科技,也与工研院展开合作计划,针对电动车用大型电池组(Pack)与电池管理系统技术进行研发;台达电所开发的电动车电力动力系统,也包含了完整的电池管理系统。
电池管理的电子组件当然会增加电池组的成本,相关成本可藉由使用更少系统搭配架构的低成本电池来弥补。但电池管理系统(BMS)的测量准确度要越来越高,才能精确地计算出电动车的行驶距离。因此一套电动车电源流量的仿真系统平台便因应而生,这可提供整车车厂针对纯电动车的内部电源流量与优化控制参数的判断依据。