什么是電動(dòng)汽車（EV）上的BMS?
～用來監(jiān)測和管理電池狀態(tài)和性能的系統(tǒng)～
2023-10-20
什么是BMS？ BMS的概要 BMS的作用 關(guān)于市場和設(shè)備的趨勢 關(guān)于BMS的電路構(gòu)成 總體構(gòu)成 個(gè)別電路及構(gòu)成零部件 溫度測量 電池單體平衡調(diào)整 電壓測量 DC/DC轉(zhuǎn)換器 通信I/F 小結(jié) 相關(guān)產(chǎn)品信息 相關(guān)信息 與本文相關(guān)的標(biāo)簽BMS是通過監(jiān)測電池的狀態(tài)，使每個(gè)電池單體的性能差異趨于均勻，最大限度發(fā)揮電池性能的重要系統(tǒng)。它被安裝在使用大容量鋰離子電池的EV上，對延長電池壽命和安全使用起到重要作用。我們將在本消息中就BMS的功能和系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行解說，同時(shí)對構(gòu)成的電子零部件進(jìn)行介紹。
什么是BMS？
BMS的概要BMS（Battery Management System）是一種監(jiān)測和控制電池的狀態(tài)，使電池能夠安全且長期使用的系統(tǒng)。EV上所使用的電池(鋰離子電池），每次進(jìn)行充放電都會(huì)加速老化，可能會(huì)導(dǎo)致車輛性能下降。因此，以電池單體為單位對所有電池的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，使性能差異趨于均勻的BMS就顯得尤為重要。
BMS的作用監(jiān)測：以電池單體為單位對所有電池進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測
電壓測量――測量各電池單體和整個(gè)電池包的電壓，防止過充電或過放電
電流測量――測量來自電池的放電電流和對電池的充電電流。確認(rèn)電池的使用狀況和充電狀態(tài)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤?/p>
溫度測量――通過溫度傳感器，隨時(shí)監(jiān)測電池的溫度。通過在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)使用電池，來確保安全性并延長電池的壽命。
控制：使得每個(gè)電池單體的性能差異趨于均勻
大容量的電池包由多個(gè)電池單體構(gòu)成。這些電池單體存在著性能差異，其老化的速度也不同。例如，如果某個(gè)電池單體比其他電池單體更早老化，則可能會(huì)影響到整個(gè)電池包的性能和壽命。使這種性能差異趨于均勻的就是被稱為“平衡”的功能。
關(guān)于市場和設(shè)備的趨勢
隨著馬達(dá)的高輸出化、與續(xù)航距離延長相伴的電池的高容量化，人們對EV上的電池提出了更高效的快速充電要求?；谶@些理由，預(yù)計(jì)安裝在EV上的大容量型電池今后將會(huì)增加。此外，人們預(yù)測電池的高電壓化也將成為未來的趨勢。作為構(gòu)成BMS的電子零部件今后要求其具備的功能和性能，可以列舉“高功率化”、“高耐熱化”、“高精度化（溫度/電壓控制）”。各自的要件如下所示。
高功率化
為了支持馬達(dá)的高輸出化，要求構(gòu)成BMS的半導(dǎo)體也支持高功率化。所謂高功率化，是指將目前400V左右的電池包電壓提高到800V甚至更高的高壓。
高耐熱化
隨著電子零部件小型化的日益進(jìn)展，單位面積產(chǎn)生的熱在增加。通過使之具有對熱的耐受性，可以防止因零部件本身發(fā)出的熱和從周圍零部件接受的熱而導(dǎo)致的老化。
高精度化（溫度、電壓）
為了實(shí)現(xiàn)高功率化，在電池?cái)?shù)量增加、高電壓化等的推進(jìn)下，需要比目前更加精確地進(jìn)行測量和控制。
關(guān)于BMS的電路構(gòu)成
總體構(gòu)成 電池模組：連接了多個(gè)電池單體的模組 電壓檢測（模組）：測量模組及各電池單體的電壓 監(jiān)測電路（BMS）：監(jiān)測每個(gè)電池單體的狀態(tài)，進(jìn)行電池單體平衡調(diào)整 溫度檢測：測量每個(gè)電池單體的溫度 控制電路：控制BMS的測量、平衡調(diào)整 電流檢測：測量整個(gè)單元的電流 電壓檢測（整體）：測量整個(gè)單元的電壓 接線盒：異常時(shí)予以切斷并保護(hù)電池 電壓檢測（整體的接地故障檢測）：檢測整個(gè)單元的接地故障
個(gè)別電路及構(gòu)成零部件
溫度測量一旦電池成為高溫，可能會(huì)導(dǎo)致電池本身老化，在最壞的情況下還可能會(huì)著火。為了避免這樣的事態(tài)，BMS通常通過配置在電池模組上的多個(gè)熱敏電阻器（溫度傳感器）來測量溫度。
【要使用的零部件】
電池單體的溫度測量 ―― NTC熱敏電阻器（片式）
POINT
? 藉由小型、高耐熱且獨(dú)特的外電形成技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高可靠性，為電路溫度補(bǔ)償?shù)母呔然龀鲐暙I(xiàn)電池單體平衡調(diào)整通過測量每個(gè)電池單體的電壓，計(jì)算出各電池單體的充電量，為了使所有電池單體的充電量趨于均勻，通常使用電阻器進(jìn)行放電。
模組、單元、接地故障檢測等的電壓測量涉及高電壓，因而通常連接多個(gè)電阻器通過分壓進(jìn)行測量。
在DC/DC轉(zhuǎn)換器電路中，為了去除輸入部的噪聲和使得輸出部平滑，通常使用導(dǎo)電性聚合物混合鋁電解電容器，為了進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，通常使用車載用功率電感器。
【要使用的零部件】
噪聲去除、開關(guān)/平滑 ―― 導(dǎo)電性聚合物混合鋁電解電容器
POINT
? 藉由大容量、低ESR和高紋波性能，為電路的小型化/大功率化（低電壓和大電流）做出貢獻(xiàn)? 藉由支持高頻容量特性，為去除電路的高頻開關(guān)化所產(chǎn)生的寬帶和高頻率噪聲做出貢獻(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換 ―― 車載用功率電感器
POINT
? 藉由金屬磁性材料的低損耗和大電流性能，為電路的小型化/大功率化（低電壓和大電流）做出貢獻(xiàn)? 藉由損耗特性的高頻化（低ACR），為抑制電路的高頻開關(guān)化損耗做出貢獻(xiàn)4 在DC/DC轉(zhuǎn)換器上使用的零部件通信I/F在通信I/F（通信）電路中，使用兩根線與外部設(shè)備（CAN、Ethernet等）進(jìn)行通信。此時(shí)，如果噪聲或靜電從通信線混入，則可能會(huì)導(dǎo)致收發(fā)器IC故障。因此，收發(fā)器電路中作為靜電預(yù)防措施通常使用片式壓敏電阻器。
【要使用的零部件】
ESD噪聲去除 ―― 片式壓敏電阻器
POINT
? 藉由具有廣泛容量特性的產(chǎn)品陣容，在保持電路通信品質(zhì)的同時(shí)，為抑制靜電（ESD）噪聲做出貢獻(xiàn)? 片式壓敏電阻器藉由其8~250pF的容量特性，支持從低速到高速的通信速度
小結(jié)
BMS是進(jìn)行電池狀態(tài)的監(jiān)測和控制的重要系統(tǒng)。通過這種功能，可以在確保電池安全性的同時(shí)優(yōu)化其性能。今后，隨著EV生產(chǎn)數(shù)量的增加，預(yù)計(jì)BMS的安裝數(shù)量也會(huì)增加。此外，還要求其提高性能，其中包括馬達(dá)的高輸出化、電池的高容量化以及快速充電時(shí)間的縮短。為了應(yīng)對這些變化，構(gòu)成BMS的電子零部件也必須具備“高功率化”、“高耐熱化”、“高精度化（溫度/電壓控制）”等特性。松下機(jī)電株式會(huì)社備有面向BMS的廣泛的產(chǎn)品陣容（表1）。
表1 產(chǎn)品陣容和特點(diǎn)一覽相關(guān)產(chǎn)品信息
貼片電阻器（高精度貼片電阻器）貼片電阻器（小型高功率貼片電阻器）車載用功率電感器導(dǎo)電性聚合物混合鋁電解電容器片式壓敏電阻器NTC熱敏電阻器（片式）相關(guān)信息
迎來“CASE”時(shí)代的汽車趨勢和技術(shù)課題(1)～48V系統(tǒng)輕度混合動(dòng)力車～迎來“CASE”時(shí)代的汽車趨勢和技術(shù)課題(2)～電池管理系統(tǒng)～迎來“CASE”時(shí)代的汽車趨勢和技術(shù)課題(3)～自動(dòng)駕駛和識(shí)別引擎～與本文相關(guān)的標(biāo)簽
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