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電動汽車BMS保護，電子保險絲不可輕視！--海牛專注汽車保險絲二十年
來源:電子發(fā)燒友網
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作者:hzhainiu
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發(fā)布時間: 2366天前
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電池管理系統(tǒng)（BMS）作為實時監(jiān)控、自動均衡、智能充放電的電子部件，起到保障安全、延長壽命、估算剩余電量等重要功能，通過一系列的管理和控制，保障電動汽車的正常運行。
據相關統(tǒng)計，2013年全球電池管理系統(tǒng)市場產值成長逾10%，2014年至2016年成長幅度將大幅躍升至25-35%。到2020年前，電動汽車將保持約15%~30%的年復合增長率，除了純電動汽車、插電式混合動力汽車和混合動力汽車的數(shù)量增長之外，新型的48V輕度混合動力系統(tǒng)也將顯著促進增長。鑒于此，電子發(fā)燒友采訪了美國力特公司（Littelfuse）中國區(qū)銷售總監(jiān)查勇。
電動汽車BMS保護，電子保險絲不可輕視！
力特公司中國區(qū)銷售總監(jiān)查勇表示，要使電池工作在可靠和安全的狀態(tài)，就必須管理電池的充、放電狀態(tài)，及監(jiān)管電池的安全工作電壓，目前大多采用的是主動均衡和被動均衡技術。
針對當前市場，力特公司中國區(qū)銷售總監(jiān)查勇談到，當前基于低或零排放而改善空氣質量的需求，對汽車提出更高的效率要求，隨著整個汽車中電負載的增加（如汽車動力的提升、多媒體用電等），要求高電壓供電以及更強大的供電系統(tǒng)。
目前電動汽車/混合動力汽車架構主要有四類：一是HEV（Hybrid），油、電混合動力，電池靠發(fā)動機充電；二是PEV（Plug-in），油、電混合，電池需外部充電；三是BEV（ Battery Electric Vehicle），純電池供電；四是化學燃料電池供電。查勇表示，當前油、電混合動力汽車占有的市場比例比較大，后期會慢慢往純電動轉型。
那么，鋰離子電池有哪些優(yōu)勢？
我們知道，電動汽車的供電系統(tǒng)是由若干個鋰離子電池組成的。
電動汽車BMS保護，電子保險絲不可輕視！
從上圖可以看到，鋰電池組是由一個個電池單元組成，每一個電池組大約有500~7000個單元，這對電池的管理與控制提出了更高的要求。
鋰電池技術將是任何類型電動汽車的基礎。查勇表示，目前還在不斷改進之中，未來將提供所需的最佳成本及功能性，對于成本在未來幾年里預計將降低四分之一到三分之一，而能量密度具有相同的增長幅度。在上圖中，鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池的比較表，可以看到鋰離子電池在功率密度和充電循環(huán)壽命上的優(yōu)勢是其它無法替代的。
鋰電池系統(tǒng)存在哪些技術瓶頸？
對于鋰離子電池技術方面，還有很多地方需要進一步完善，查勇談到主要有三點：
其一，充放電狀態(tài)。當充放電狀態(tài)在一定范圍內時電池才能安全可靠地運行，高放電和過充電會降低鋰離子電池的效率和壽命，理想的荷電狀態(tài)為最大充電量的20%至90%左右；
其二，安全電池工作電壓。保持電池電壓在最低2 V和最高4.2 V之間，過高的電池電壓會導致過多的電流流動，在最壞的情況下，短路會破壞電池；
其三，熱管理。溫度控制尤為重要，因為過高的溫度可能會在負極過程中導致一種聯(lián)鎖反應，從而導致因可能的電極短路以及可燃氣體從有機溶劑（電解液）中除氣而發(fā)生危險情況。
要使電池工作在可靠和安全的狀態(tài)，就必須管理電池的充、放電狀態(tài)，及監(jiān)管電池的安全工作電壓，目前大多采用的是主動均衡和被動均衡技術。查勇補充到，對于保護器件保險絲而言，小體積，高電壓仍是一個技術難點。
安全性方面該如何把控？
鋰離子電池需要通過電池管理系統(tǒng)進行仔細監(jiān)測和調節(jié)，對電池管理系統(tǒng)本身進行保護是保證這一重要的系統(tǒng)在所有情況下（組裝、保養(yǎng)、正常操作）安全可靠。
在短路情況下，會在電力線上引起強大的電流。查勇表示，針對這樣的情況，推薦使用具有較高分斷能力的保險絲的合適的熔斷技術，如力特公司的0HEV系列。電池管理系統(tǒng)通常通過高阻抗感應線連接，因此短路電流會顯著降低，允許使用電子保險絲，電當然壓高低要求取決于電池結構。
針對電池保護，力特保險絲和TVS二極管保護具有很大的優(yōu)勢：
1） 作為全球保護器件的領導者，力特提供全系列的保護器件，包括Fuse、PPTC TVS Diode、TVS Diode Array，同時提供不同的保護方案；
2） 所有器件滿足AEC-Q101和AEC-Q200汽車認證；
3） LAB 能針對客戶提供多樣的測試需求。
查勇指出，隨著越來越多的汽車應用（如電池傳感器線路保護）依賴電子保險絲，在目前汽車中使用的電子保險絲沒有定義官方標準的情況下，力特根據 AEC-Q200 準則制定了一項測試計劃，對保險絲在汽車應用的適用性和可靠性進行測試，這項測試計劃包含18項測試，例如1000小時高溫高濕測試、1000循環(huán)溫度沖擊測試、特殊機械沖擊及振動測試等，所用的樣本量也有更加嚴格的要求。“只是一次測試做到了還不夠，如何保證每批貨都通過這個測試？整個質量控制體系才能保證高品質的一致性和持續(xù)性，這是某些廠商所不具備的，需要特別注意?！?/span>
另外，力特不斷在汽車應用電子保險絲的合格范圍內提供更多的產品。對于直流濾波電容和IGBT的保護，過去使用的是齊納二極管，但是它們無法提供與 TVS 二極管相同的優(yōu)勢，如快速響應、更高的浪涌能力和更高的可靠性。
比如，車載充電器通過CAN 總線與其他系統(tǒng)進行通信，在密集的汽車環(huán)境中，CAN 線路會遭受ESD或其他汽車系統(tǒng)通過耦合或傳導而引起的其他瞬變所導致的過電壓應力。對此，查勇表示，針對CAN總線開發(fā)出了專用的保護器件，SM24CANA和SM24CANB. 其不僅具有ESD能力，還有一定的抗浪涌能力，同樣也滿足AEC-Q101汽車認證。
不難發(fā)現(xiàn)，鋰電池系統(tǒng)是由若干單節(jié)電池組成的，架構都比較復雜，是整個系統(tǒng)能否可靠工作的關鍵所在，也極易受到靜電、開關功率負載、感應浪涌、過負載、短路等過電流和過電壓得威脅，因此精心選擇和正確放置保護元器件進行過電壓和短路保護尤為重要。
最后，查勇表示，大力發(fā)展新能源汽車已成為各國共識，世界主要國家如美國、中國、日本、德國、韓國、英國等都紛紛建立了自己宏偉的新能源汽車產業(yè)規(guī)劃。新能源汽車的安全性問題，一直是汽車產業(yè)的重點工作之一，在展望新能源汽車快速發(fā)展的同時，我們須認識到，穩(wěn)定、高效、安全、可靠的電池管理系統(tǒng)產品，是保障電動汽車的正常運行的關鍵，只有這樣新能源汽車才能擁有可持續(xù)發(fā)展的未來。
海牛電器有限公司專業(yè)生產防水保險絲座 、保險絲座、汽車保險座等產品,規(guī)格齊全,品質優(yōu)良。我們從事保險絲座生產與批發(fā)逾17年,產品榮獲國家多項專利,品質保證!
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電動汽車BMS保護，電子保險絲不可輕視！
力特公司中國區(qū)銷售總監(jiān)查勇表示，要使電池工作在可靠和安全的狀態(tài)，就必須管理電池的充、放電狀態(tài)，及監(jiān)管電池的安全工作電壓，目前大多采用的是主動均衡和被動均衡技術。
針對當前市場，力特公司中國區(qū)銷售總監(jiān)查勇談到，當前基于低或零排放而改善空氣質量的需求，對汽車提出更高的效率要求，隨著整個汽車中電負載的增加（如汽車動力的提升、多媒體用電等），要求高電壓供電以及更強大的供電系統(tǒng)。
目前電動汽車/混合動力汽車架構主要有四類：一是HEV（Hybrid），油、電混合動力，電池靠發(fā)動機充電；二是PEV（Plug-in），油、電混合，電池需外部充電；三是BEV（ Battery Electric Vehicle），純電池供電；四是化學燃料電池供電。查勇表示，當前油、電混合動力汽車占有的市場比例比較大，后期會慢慢往純電動轉型。
那么，鋰離子電池有哪些優(yōu)勢？
我們知道，電動汽車的供電系統(tǒng)是由若干個鋰離子電池組成的。
電動汽車BMS保護，電子保險絲不可輕視！
從上圖可以看到，鋰電池組是由一個個電池單元組成，每一個電池組大約有500~7000個單元，這對電池的管理與控制提出了更高的要求。
鋰電池技術將是任何類型電動汽車的基礎。查勇表示，目前還在不斷改進之中，未來將提供所需的最佳成本及功能性，對于成本在未來幾年里預計將降低四分之一到三分之一，而能量密度具有相同的增長幅度。在上圖中，鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池的比較表，可以看到鋰離子電池在功率密度和充電循環(huán)壽命上的優(yōu)勢是其它無法替代的。
鋰電池系統(tǒng)存在哪些技術瓶頸？
對于鋰離子電池技術方面，還有很多地方需要進一步完善，查勇談到主要有三點：
其一，充放電狀態(tài)。當充放電狀態(tài)在一定范圍內時電池才能安全可靠地運行，高放電和過充電會降低鋰離子電池的效率和壽命，理想的荷電狀態(tài)為最大充電量的20%至90%左右；
其二，安全電池工作電壓。保持電池電壓在最低2 V和最高4.2 V之間，過高的電池電壓會導致過多的電流流動，在最壞的情況下，短路會破壞電池；
其三，熱管理。溫度控制尤為重要，因為過高的溫度可能會在負極過程中導致一種聯(lián)鎖反應，從而導致因可能的電極短路以及可燃氣體從有機溶劑（電解液）中除氣而發(fā)生危險情況。
要使電池工作在可靠和安全的狀態(tài)，就必須管理電池的充、放電狀態(tài)，及監(jiān)管電池的安全工作電壓，目前大多采用的是主動均衡和被動均衡技術。查勇補充到，對于保護器件保險絲而言，小體積，高電壓仍是一個技術難點。
安全性方面該如何把控？
鋰離子電池需要通過電池管理系統(tǒng)進行仔細監(jiān)測和調節(jié)，對電池管理系統(tǒng)本身進行保護是保證這一重要的系統(tǒng)在所有情況下（組裝、保養(yǎng)、正常操作）安全可靠。
在短路情況下，會在電力線上引起強大的電流。查勇表示，針對這樣的情況，推薦使用具有較高分斷能力的保險絲的合適的熔斷技術，如力特公司的0HEV系列。電池管理系統(tǒng)通常通過高阻抗感應線連接，因此短路電流會顯著降低，允許使用電子保險絲，電當然壓高低要求取決于電池結構。
針對電池保護，力特保險絲和TVS二極管保護具有很大的優(yōu)勢：
1） 作為全球保護器件的領導者，力特提供全系列的保護器件，包括Fuse、PPTC TVS Diode、TVS Diode Array，同時提供不同的保護方案；
2） 所有器件滿足AEC-Q101和AEC-Q200汽車認證；
3） LAB 能針對客戶提供多樣的測試需求。
查勇指出，隨著越來越多的汽車應用（如電池傳感器線路保護）依賴電子保險絲，在目前汽車中使用的電子保險絲沒有定義官方標準的情況下，力特根據 AEC-Q200 準則制定了一項測試計劃，對保險絲在汽車應用的適用性和可靠性進行測試，這項測試計劃包含18項測試，例如1000小時高溫高濕測試、1000循環(huán)溫度沖擊測試、特殊機械沖擊及振動測試等，所用的樣本量也有更加嚴格的要求。“只是一次測試做到了還不夠，如何保證每批貨都通過這個測試？整個質量控制體系才能保證高品質的一致性和持續(xù)性，這是某些廠商所不具備的，需要特別注意?！?/span>
另外，力特不斷在汽車應用電子保險絲的合格范圍內提供更多的產品。對于直流濾波電容和IGBT的保護，過去使用的是齊納二極管，但是它們無法提供與 TVS 二極管相同的優(yōu)勢，如快速響應、更高的浪涌能力和更高的可靠性。
比如，車載充電器通過CAN 總線與其他系統(tǒng)進行通信，在密集的汽車環(huán)境中，CAN 線路會遭受ESD或其他汽車系統(tǒng)通過耦合或傳導而引起的其他瞬變所導致的過電壓應力。對此，查勇表示，針對CAN總線開發(fā)出了專用的保護器件，SM24CANA和SM24CANB. 其不僅具有ESD能力，還有一定的抗浪涌能力，同樣也滿足AEC-Q101汽車認證。
不難發(fā)現(xiàn)，鋰電池系統(tǒng)是由若干單節(jié)電池組成的，架構都比較復雜，是整個系統(tǒng)能否可靠工作的關鍵所在，也極易受到靜電、開關功率負載、感應浪涌、過負載、短路等過電流和過電壓得威脅，因此精心選擇和正確放置保護元器件進行過電壓和短路保護尤為重要。
最后，查勇表示，大力發(fā)展新能源汽車已成為各國共識，世界主要國家如美國、中國、日本、德國、韓國、英國等都紛紛建立了自己宏偉的新能源汽車產業(yè)規(guī)劃。新能源汽車的安全性問題，一直是汽車產業(yè)的重點工作之一，在展望新能源汽車快速發(fā)展的同時，我們須認識到，穩(wěn)定、高效、安全、可靠的電池管理系統(tǒng)產品，是保障電動汽車的正常運行的關鍵，只有這樣新能源汽車才能擁有可持續(xù)發(fā)展的未來。
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