要搞定電動車電池管理系統(BMS),必須兼顧電池管理晶片和電池材料兩方面,在這裡,晶片要能夠精確地掌握電池容量,便需要仰賴軟體設計。可以這麼說,BMS的核心不在於晶片,而在於軟體。
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德州儀器(TI)亞洲區類比產品市場開發協理毛崇知指出,藉由預先掌握各類電池材料獨特的OCV曲線和方程式,輔以軟體的數學邏輯運算,便能進一步精確掌握電動車電池的容量。 BigPic:500x333 |
電動車BMS大致可分為電池計量單元和電池充電單元,要精確掌握電動車電池的剩餘容量,才能提高電動車電池的行車距離,也才能有效控制電動車電池的充放電效能。
一顆電動車電池不放電時,也會產生電池兩極電位差的所謂開路電壓OCV(Open Circuit Voltage)。當電流越大時,電池電量Qmax會跟著縮減,電流和電壓的變化,就能算出電阻,而電阻會隨著溫度和電池老化程度有所不同。德州儀器(TI)亞洲區類比產品市場開發協理毛崇知指出,不同的電池材料所產生的化學特性,都會產生獨特的OCV曲線,且不同的溫度和電池老化程度,其所產生的OCV曲線也不盡相同。這也是為什麼,當各個車廠採用各自化學配方和材料屬性的電動車電池時,對於晶片廠商來說,計量電動車電池會是這麼具有挑戰性的原因。
但是正因為不同電池材料會釋放出獨特的OCV曲線,因此藉由預先掌握各類電池材料獨特的OCV曲線和方程式,輔以軟體的數學邏輯運算,便能讀取OCV的變化曲線並進行補償,得以進一步精確掌握電動車電池的容量。這可有效取代讀取電池電壓變化模式的侷限。
目前電動車的鋰電池材料,大致上可分為鋰鈷、鋰錳、磷酸鋰鐵以及日本常用的鋰鈷錳三元相電池等類。毛崇知深入分析指出,鋰鈷和鋰猛電池材料的OCV曲線都有一定的斜率,藉由測量電壓變化對應於放電曲線斜率的方式,還可以掌握一定的電池剩餘容量(RM)。但是磷酸鋰鐵或鋰鐵電池的放電曲線,卻是呈現持平、幾乎沒有斜率的狀態,電壓看起來沒什麼變化,但是剩餘電量可能就會有很大的差別。因此藉由讀取電壓掌握剩餘電量的方式還是不夠精確的。
採用讀取電壓掌握剩餘電量的模式,不僅無法掌握精確電池容量,在電池均衡效應上同樣也會產生難題,特別是磷酸鋰鐵和鋰鐵電池。這也是為什麼,磷酸鋰鐵電池目前還沒辦法有效量產的原因,其一是生產一致性過低,機械化生產設備和量測設備仍顯不足,其二是在BMS晶片設計遇到上述難題所導致。
因此,在針對不同電池材料的高電壓充放電晶片設計上,目前為止還沒有一家電源晶片廠商能提供固定的解決方案,實際上也不會有。電源晶片廠商必須針對不同屬性的電池,搭配自己專屬的充放電設計,規劃出符合各類電動車電池材料屬性的晶片解決方案。