迎来“CASE”时代的汽车趋势和技术课题(2)～电池管理系统～

本次是迎来“CASE”时代的汽车趋势和技术课题的第二次，我们将在本讲中介绍电池和电池管理系统(BMS)，这是因为在控制CO2排放的背景下，全球范围内正在向电动汽车(EV)转变。

加速电动汽车(EV)实际应用的锂离子电池

电动汽车(EV)的开发目标是实现与汽油动力车和柴油动力车相媲美的驾驶性能和巡航里程。在各种技术开发促进电动汽车发展的进程中，体积能量密度和重量能量密度都比传统的镍氢电池高数倍以上的锂离子电池的出现可以说大大加速了电动汽车的实际应用。
锂离子电池一般是指用锂过渡金属复合氧化物作正极，用碳材料作负极的电池，但也有用锂基氧化物作负极而不是正极的电池，各种材料的组合已进入实际应用阶段。
锂离子电池具有优异的体积能量密度和重量能量密度，但为了达到与汽油动力车和柴油动力车相同的巡航里程，传统上必须配备一个相当大的电池单元。但是现在，不仅电池的性能得到了提高，驱动马达的功率半导体的效率等也得到了提高，甚至小型电动汽车的巡航里程也超过400km(WLTC模式)。

安全的充放电控制中不可或缺的电池管理系统(BMS)

电池管理系统(BMS)在提高安装在电动汽车上的电池性能方面起着重要作用。该系统由电子电路和软件构成，主要具备以下两个功能：

1. 过电压、过电流、异常发热等的检测及切断控制；
2. 充电控制和作为剩余巡航里程大致标准的电池剩余电量(充电状态：SOC＝State of Charge)的推算。

锂离子电池，充电超过完全充电电压或放电超过终止电压都有可能导致异常发热等，因此准确理解SOC对于安全充放电管理也是必不可少的。
此外，BMS还具有以下功能作为选项：

1. 电池平衡控制，通过调整电池单体的充电状态使得电池组的容量最大化。

其中，(2)是BMS的基本功能之一，这里对此予以说明。

推算电池组充电状态(SOC)的方法

在汽油动力车和柴油动力车上，可通过燃料箱中的浮子（float）高度来从物理上把握燃料水平，而在电动汽车上，无法从外部了解多少能量存储在电池组中，因而必须使用专用的电路和算法来进行“推算”。
了解SOC大致上有两种方法：
(a)测量电池单体电压的方法；
(b)累计电池组输入输出电流的方法。

(a)测量电池单体电压的方法

首先说明从电池电压了解SOC的方法(图1)。
用AD转换器来读取构成电池组的各个电池单体两端的电压，赋予SOC的推算逻辑。此外，电池单体电压会随着温度而变动，所以还要测量电池组的温度，并赋予SOC推算逻辑。
但是，在成本和安装方面准备与电池单体数量一样多的AD转换器会有较多的浪费，所以通常将多路复用器置于AD转换器前段，在一定周期内一边扫描一边进行测量。
测量电池单体电压的AD转换器不怎么要求高速性，但它要求数mV的精度，因此似乎经常使用比较容易确保10位以上ENOB(有效位数)的ΔΣ型。