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为何需要电池管理系统 (BMS) 及其工作原理

电池管理系统 (BMS) 是种电子控制电路，可监控并调节电池的充放电。系统需监控的电池特性包括检测电池类型、电压、温度、容量、荷电状态、耗电量、剩余工作时间、充电周期和某些其他特性。

智能电池管理系统 (BMS) 的任务

电池管理系统的任务是确保有效利用电池中的剩余电量。为避免电池损耗，电池管理系统 (BMS) 可保护电池，避免其因充电过快，放电电流过大而出现深度放电和过电压。对于多芯电池，电池管理系统可均衡电池芯，让不同电池芯具备相同的充放电要求。

TLE9012AQU 是一款多通道电池监控和均衡系统 IC，专为汽车、工业及消费级应用中的锂离子电池组而设计。该产品可实现 4 项主要功能：电池芯电压测量、温度测量、电池芯均衡及与主电池控制器的隔离式通信。此外，TLE9012AQU 还提供必要的诊断工具，确保受控电池能正常运行。

主要优势：

› 无需变压器或共模扼流圈即可实现稳定通信

› 采用应力传感器技术，即使在焊接后也可达到非凡的电压测量精度

› 集成的诊断功能可简化客户电池模块功能安全设计

› 集成 UART 通信，适用于带本地接地微控制器的系统

为实现强强组合，系统设计人员可采用 TLE9015QU。该器件是电池监控收发器 IC，用于连接锂离子电池菊花链中的多个 TLE9012AQU 器件。凭借其两对 isoUART 接口对，TLE9015QU 可支持环状通信，以较低的成本提高了系统可用性。

TLE9015QU 还内置故障管理单元，在各 TLE9012AQU 均有多个可编程输出与输出端，实现双向信息流。

电池充电系统的目的在于对高压电池进行交流充电。若用于汽车，则为车载充电装置。通过提高电池容量和电气元件的能效，电池组电压趋于标准化，约为 450V，并呈升高趋势。这使得充电时间大为缩短，且减少了车内布线用量。而快充趋势也会影响所需功率范围，因此新型系统设计愈发倾向 11 kW，甚至高达 22 kW 的功率。当下的通常用例是从电网到电池的单向潮流，但也存在双向用例，如电池到负载或电池到电网。

查看英飞凌车载充电器及储能系统功率转换的推荐产品和设计方案。

电池充电器的基本功能之一是在不超过温度限值的情况下调节电池电压和电流。而这就需要控制回路，用于测量电池参数（电压、电流和温度）和控制驱动外部电网的 PWM 占空比。通过模拟电路实现的 PSoC 及其高精度 ADC（最大 14 位），与采用数字电路和处理器内核构建的 PWM 共同构成了调节所需的控制回路。其他诸如电池芯均衡和电量计等算法，则可通过固件逻辑电路实现。

使用 PSoC 的优势在于可加载自定义的电池充电协议，并集成如 CapSense、段式 LCD 驱动等功能，这在使用专用电池充电器 IC 时是无法实现的。

除电流/电压和温度测量外，系统还可对电池组进行热、电气和机械应变高级分析。通过高精度的压力感测，系统可观测到电池外壳因过载/充电状态而导致的鼓起，或检测到电池组机械结构遭受的机械冲击。因电池老化或过应力所致，二氧化碳将从电池电解液蒸发而出，其感测结果可作为电池性能状态的重要指标。最后，配合状态传感器的压力即可检测未经授权的封装操作，例如，通过测量压力或 3D 磁结构来检测电池是否被更换或更改。

查看我们的压力传感器产品组合、3D 位置感测及二氧化碳感测产品（目前仅销售商用/工业用型号）。

英飞凌 AURIX™ 微控制器可保障车外充电器与充电中的纯电动汽车 (BEV) 或即插电式混合动力汽车 (PHEV) 之间的通信安全，还可保护车载通信网络。此类先进微控制器提供了车载充电器 (OBC) 应用所需的各项功能与信息安全特性。我们的 AURIX™ 32 位微控制器系列（SAK-TC275TP-64F200N DC、SAK-TC265D-40F200N BC、SAK-TC234LP-32F200N AC 和 SAK-TC224L-16F133N Ac）符合）符合汽车安全标准 ISO 26262，可扩展性强。而嵌入式硬件安全模块 (HSM) 则可实现安全通信。AURIX™ 内置经优化的外设，附带 ADC 和定时器，适用于电动车应用。

隔离监控对高压电池而言至关重要。配合短路和过载电流测量，系统将持续测量电池组机壳和底盘间高压直流 +/- 线路的电压。此外，高性能电流传感器还可在电池监控中的库仑计数、荷电状态、放电深度计算或电池诊断的高级阻抗谱技术等方面实现更为精确的电流测量。

• 在发生过充电、短路和热失控时，实现受控紧急断开
• 为基于固态器件的装置提供系统级优势，如：
• 无需额外元件，即可为牵引电机主逆变器的直流总线预充电
• 主动限制故障电流
• 开关周期增加，使用寿命延长
• 由于在检测到过载/短路时能以极快速度断开，因此接线线径减少。
• 可编程开关特性
• 及时的碰撞保护
• 相较于机电式继电器，固态继电器的电气损耗可降低 40% 以上

推荐产品：

• 适用于低频开关应用的高压超结 MOSFET 开关 — 600V CoolMOS™ S7
• 适用于高压应用的隔离式单通道驱动器 1EDI2002AS
• 隔离式单通道升压器 1EBN1001AE

点击此处，查看电池保护拓扑的更多详细信息。

电池管理系统 (BMS) 需要紧凑可靠的解决方案为整个系统供电。英飞凌的电源管理 IC (PMIC) 产品组合可集成多个器件，管理极端电池电压波动，并满足最新网络接口和汽车信息安全的要求。

PMIC 支持多种小型封装尺寸的电源，后者适用于使用了 Traveo™、AURIX^TM 及 PSoC MCU 系列的系统解决方案。其集成的升压功能可避免系统在电池电压剧烈波动时断电。该产品的低静态电流降低了常开功能的待机电流。PMIC 符合 AEC-Q100 标准，具备丰富的系统安全功能，符合现代化汽车 ECU 的要求。

适用于电池管理系统的推荐 PMIC：

• S6BP20x 系列（S6BP201A、S6BP202A 和 S6BP203A）PMIC 为单通道降压-升压 DC/DC 转换器，适用于汽车及工业应用。
• S6BP501A 与 S6BP502A PMIC 为 3 通道输出电源管理 IC (PMIC)。产品集成了一个降压控制器、降压转换器以及升压转换器，为单个芯片提供 5.0V、3.3V 和 1.2V 的电源。此类 PMIC 的静态电流可低至 15μA
• S6BP401A PMIC 为单芯片电源管理器件，配备 6 个电源输出通道。产品集成一个 4 通道 DC/DC 转换器和 2 通道低压差线性稳压器 (LDO)。S6BP401A 内置输出设置阻抗相位补偿电路，可缩小 PCB 尺寸并精简物料清单。
• OPTIREG™ PMIC 产品为集成式多轨电源解决方案。该系列方案可高效调节电压，包括配备 DCDC、线性和跟踪稳压器的前/后稳压器结构。除电源外，OPTIREG™ PMIC 还集成了监测和监控功能。查找OPTIREG^TM 稳压器仿真工具，计算效率和稳定性！

TLF35584 是一款多输出系统电源，适用于安全相关应用，可在较宽输入电压范围内通过高效灵活的前/后稳压器设计为 3.3V-μC、收发器和传感器供电。由于开关频率范围较大，因此在效率和小型滤波器组件的使用方面可进行优化。ADC 采用专用参考稳压器供电，独立于μC 负载步骤，并作为 2 个独立传感器电源的跟踪源。状态灵活。

主动式热控制是现代锂离子电池组的一个关键组成要素，其原因在于电池芯充电温度必须保持在 0 到 45°C 之间，放电温度必须在 -20 至 60°C 之间；温度超出这两个范围之外的操作会导致电池加速老化、容量降低甚至完全损坏。

• 嵌入式电机控制器内置诊断功能，有效控制电机，让内部受控的电池组热控制用风扇、泵或阀门高效运行。就电机周围的集成器件而言，尽可能缩小封装规格和减少外部元件的数量尤为重要。
• 32位 uController，带嵌入式非易失性存储器、模拟/数字外设、LIN 接口和用于功率晶体管的集成电流控制器桥式驱动器。
• 直流和无刷直流电机可通过半、H 或 3 相桥接电路的可选接口进行操作。

在本培训中您将：

• 确认电池管理系统 (BMS) 涵盖的各个方面、其主要组件及功能
• 认识英飞凌旗下用于电池管理应用的主要组件，及其电池管理器件的主要特点和优势

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充分挖掘电池潜力。预计在未來十年內，全球销售的大多数新车都将采用部分或全电动传动系统。电池管理系统对电动汽车的续航里程、成本和使用寿命均有重大影响，故而使其成为这场出行革命成功与否的关键因素。此外，系统在二次寿命概念中也发挥了重要作用，例如系统可将电动车旧电池用作可再生能源的灵活存储装置。Clemens Mueller 博士对市场趋势和挑战进行了独家深入解读，详解英飞凌产品及解决方案，并介绍全新的 BMS-IC TLE9012AQU

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培训主题：

• 了解 AURIX^TM 是如何满足电动车市场需求的
• 认识并探讨 AURIX™ Tc3xx 如何应对电动车的关键挑战，并了解 AURIX™ Tc3xx 微控制器的主要功能

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