純電動車(Electric Vehicle)目前正成為各國發展新能源汽車時備受矚目的焦點,純電動車的電池管理設計,更是攸關能否提升純電動車行駛性能的重要環節。目前最主要的工作,便是提高電池能量密度和提升電池發電效能,並且架構出一套純電動車電池能與其他零配件完整搭配的系統運作。
若要提升電池使用效能,電池管理系統(Battery Management System;BMS)的設計便尤其關鍵。BMS要非常強調精確度,這關係到電池組的總發電量,也決定純電動車行駛距離的長短。BMS主要是以電池計量單元和充電管理單元所組成,因為純電動車是完全依靠電池發電作為動力來源,因此對於電池計量管理與充電管理的要求相對較高。
電池計量管理單元的功能是統計電池的充放電量,資訊主要還是透過CAN匯流排傳送給整車管理系統。而充電管理單元功能則是監測電池組的充電和放電效果。這是對電池組的每一個電池單元進行溫度、電壓、電流、自放電均衡電壓、資料發送等監測功能,並且依據動、靜態電池單元參數的變化,提出狀況報告和建議,並將電池組的資料記錄保存或發送給整車管理系統。
電動車的電池電源如何有效平衡輸出,一直是純電動車電源管理設計的重點項目。德州儀器(TI)是採用將高電量電池的能量傳輸給低電量電池、而不是高電量電池放電至最低電量的專利技術方式,在DC/CD轉換器設置中使用一個小型電感和電晶體,便可提升至85%的效率。美國國家半導體(NS)則是透過不同模組的電池串聯架構,經由適當的迴路設計,達到電源輸出一致的效果,讓電源模組輸出更加平衡。此一電池電源管理方案能讓大型電池組(pack)輸出效能達到1kV pack,並且具備完整的性能與健康診斷功能,不僅可支援標準化CAN車用網路介面,亦可支援雙重保護與安全性傳輸層設計。
另一方面,凌力爾特(Linear)則已經推出下一代整合油電混合(HEV)和電動車電池管理系統IC,採用冗餘系統監視電路,能夠監視12個串聯電池組電池的過壓和欠壓情況,可以菊鏈式連接多個IC,提供一種監視長串串聯電池中每節電池的模式。此外,亞德諾(ADI)的整合型隔離電源數位隔離器及相關隔離式DC/DC轉換器技術,可讓電力能夠被轉換而穿越隔離障壁,藉此確保電池的監測功能不會同時汲取電池電力,可廣泛應用在油電混合車和電動車領域。至於英飛凌(Infineon)也正藉由主導所謂E3Car 計畫(Energy Efficient Electrical Car)的機會,研發控制電動車輸配電的半導體組件及電源模組,可進一步用於車上最耗電的動力系統,也將用於功率轉換器與鋰電池。
台灣在電動車電池管理系統的研發能力也不落人後。台灣台泥集團旗下的能元科技,也與工研院展開合作計畫,針對電動車用大型電池組(Pack)與電池管理系統技術進行研發;台達電所開發的電動車電力動力系統,也包含了完整的電池管理系統。
電池管理的電子元件當然會增加電池組的成本,相關成本可藉由使用更少系統搭配架構的低成本電池來彌補。但電池管理系統(BMS)的測量準確度要越來越高,才能精確地計算出電動車的行駛距離。因此一套電動車電源流量的模擬系統平台便因應而生,這可提供整車車廠針對純電動車的內部電源流量與最佳化控制參數的判斷依據。