利用高性能电池管理系统解决无钴锂离子电池测量难题

随着未来全球新能源汽车渗透率和销量的逐步扩大，相关互补商品（如电池）需求将会上升，钴作为新能源汽车三元电池体系的基础元素之一，也将进入新一轮的消费需求期。彭博新能源财经预测到 2025 年，全球电动汽车销量将达到 1000 万辆，相当于每年约需要 10 万吨的钴。

电池占电动汽车制造成本的30%，约20%的电池成本来自于正极，而20%的正极材料又是由钴、镍和锰组成。如今，大多数锂离子电池都使用化学元素钴作为阴极材料（这部分将决定锂离子电池的储电量）的基础。与其他化学元素相比，钴阴极电池的续航时间更久，电荷测量和管理的难度更低。但钴具有很强的生态毒性，且其开采方法饱受争议，使其被列为冲突性材料。而且按照目前的使用速度，全球的钴储量可能会在 2030 年耗尽。总之，种种因素也促使下游的动力电池供应商、车企必须找到应对举措。

无钴的LFP电池如何准确测量电池电量

随着电气化生态系统要求兼顾社会可持续性和环境可持续性，大家对更低钴含量的电池化学材料（NMC和NCA）和不含钴的电池化学材料（例如磷酸铁锂(LFP)）的兴趣与日俱增。

LFP电池已经在行业中使用了数十年，是领先的原始设备制造商完全支持并且首选的技术。然而，相比之下钴基化学材料的能量密度要高10%-20%，因此单次充电的续航时间更长，所以受到了越来越多电动汽车制造商的青睐。但随着汽车市场上的新能源车辆发展迅速，钴作为锂离子电池的构成成分，又作为稀有金属，难免会出现紧缺感。于是，电动汽车制造商期望能在高价位、高性能（高端）车辆中使用如今的电池技术，在低端车辆中使用LFP电池。这些低端车辆不使用钴，降低了成本，所以售价更低。虽然相比钴，LFP电池的成本更低，使用更安全（钴的燃点更低，电池起火的风险更高，LFP在处理击穿或热失控等安全隐患方面效率更高），但其放电曲线更平坦，因此，很难准确测量电池电量。

ADI的BMS解决方案有助于解决这个问题。据悉，ADI的电池管理系统(BMS)解决方案能够准确高效地管理LFP电池的充电状态需求，释放LFP电池对于该行业的潜在成本和安全特性优势，从而大大减轻汽车制造商的负担。A值得一提的是，LFP电池能在更广泛的温度范围内提供更高的功率密度、更长的生命周期和更低的运行成本，因此非常适合储能应用等电池梯次利用场景。



卓越精度和稳定性是BMS的关键要求

改善电池续航里程和性能是全面采用电动汽车的关键所在，BMS 能够密切监视、控制和分配整个电池系统在使用寿命期间的可靠充电和放电。精确监控电流和电压分布至关重要，因为电池过度充电可能会引起火灾或爆炸，而充电不足（或完全放电）则会导致电池失效。电池管理系统的质量直接影响电动车每次充电所能行驶的里程数。优质的电池管理系统能够最大限度地延长电池的整体使用寿命，从而降低拥有成本。

为了在驾驶者踩下踏板的瞬间提供超过 100 千瓦的电能，电池系统必须在数百伏特的电压下才能高效工作。然而，锂电池只能提供几伏特的电压。为了获得足够的功率，需要将大量电池串联在一起，形成一个很长的电池堆栈。在长长的电池堆栈中，如果有一个电池失效，实际上相当于所有的电池都失效了。因此，需要监控和管理所有的电池——为电池充电、放电，且在车辆生命周期的每一天都要如此。

ADBMS1818是ADI最新推出的一款多单元电池堆监控器，可测量多达18个串联连接的电池单元，同时它可以提供最多9个温度的测量通道，每一个通道的电压精度可以达到三毫伏，这在业界是非常高的高精度电压测量。另外值得一提的是，ADBMS1818的芯片内部还集成了非常稳定的参考电压，它可以保证在长时间的寿命内检测数据能够保持一个非常好的一致性和稳定性。ADBMS1818具有0 V至5 V的电池测量范围，适合大多数电池化学应用。可在290 μs内测量所有18个电池单元，并选择较低的数据采集速率以便降噪。


据ADI官方资料显示，多个ADBMS1818可以串联使用，以便同时监测很长的高压电池串。每个ADBMS1818都有一个isoSPI™接口，用于进行不受RF干扰的远距离高速通信。采用菊花链的形式把所有的芯片连接起来。这种形式对于这种堆叠式的，比如像刚才提到的800伏、1000伏、1500伏这样的应用，它是需要多个电池堆叠的。由于有了这样IsoSPI的通信方式，可以很容易的把不同的电池包用一种通讯协议连接起来，可以达到可靠的堆叠式的链接方式。多个器件以菊花链形式连接，并为所有器件连接一个主机处理器。该菊花链可双向操作，即使通信路径出错，也能确保通信完整性。

同时，电池堆可直接为ADBMS1818供电，也可采用隔离电源对其供电。ADBMS1818具有针对每个电池单元的被动式平衡和个别PWM占空比控制功能，其他特性包括一个板载5 V调节器、九个通用I/O线路和睡眠模式（在此模式下，功耗降至6 μA）。

总结
电动汽车的潜力令人振奋，但是改善电池续航里程和性能是发展的关键所在。目前，电池成本占电动汽车标价的51%，BMS使得LFP电池能在更广泛的温度范围内提供更高的功率密度、更长的生命周期和更低的运行成本，最终将会降低购买电动汽车的价格壁垒，推动消费者购买电动汽车。此外，摆脱对钴的严重依赖将推动该行业构建更合乎道德标准的供应链，而LFP电池的优势最终会帮助实现更环保的可持续电池生态系统，并提高电池梯次利用的效率。