TI 新能源汽车BMS解决方案 - A

谢谢大家今天的时间 来到这边 那今天我主要是跟大家交流一下TI在 汽车BMS这块 那以这个切入点当然围绕这个切入点的话 也是跟电动车相关的 首先 刚才我们的北京地区的同事Daisy有问道大家 一辆车里面的一些电子元器件的一个BOM 成本 从90年代的62刀到去年的大概300多刀 我们去年卖了大概2450万辆 整个中国的OEM合资大概有 13家 所以总体大概有2450万辆 那整个数字在国内这块啊 五年的 Carbon 增长率大概是有5% 到7%这样的一个水平 所以这个数字非常非常快了 我这版有一个 HS 的数据 从10年开始 中国的汽车销量 已经排名全球第一了 当然这个数字会一直保持下去因为我们有足够的市场基础 存在在那里 有这么大的一个市场基础在那里 那么 跟我们相关的电子元器件有非常大的一个Time 这里有一个数字就是纯粹的电子元器件啊 大概有60亿美金这个数量级别 那这个肯定是跟在座的每一家都息息相关了 那我今天就围绕EV里面的某一个指向来跟大家 跟大家介绍 我们这一块刚才Daisy沟通过就是我们围绕五个sector 把一辆汽车拆成了五个sector其中 有一个跟我们今天主题相关是在EV/HEV里面 那这里面拆分了很多个子项啊 那我们一层一层往下走 那这块 大家有没有想过国内为什么要发展EV/HEV啊 我这个是一个Baidu的雾霾图 那当然不是今天的 我们要抓今天的 大家可以看得到绿的数字太少了 绝大多数都是红的 黄色 或者橙的 所以我们国内的污染还是严重的 所以从另外一个角度讲国家在大力支持 扶持这个行业 从另外一个契机来讲 这是对我们发展迅速的一个市场 所以也希望大家能在这里投入更多 那围绕电动车这个行业的话 我这边有一个图 这是13年到16年 13年的话 整个中国新能源汽车 出厂了大概1.7万辆 你可以看到15年 其实是有两个数据的 一个是工信部统计的还有一个是行业协会的 那工信部统计的是360K unit 也就是36万辆啊 那刨去一些不合理的成分大概实际的就是 跑在路上 卖出去的真正为大家所用是33万辆 所以从1.7万辆成长到33万辆 这是一个非常非常快速的增长 也就短短两年的时间 那今天的话 我们整个预期的数字 大概到500K到600K 就是50万到60万辆 基本上相比去年达到了翻倍的程度 所以整个这块呢 一个市场气息 带给大家 这个成长面非常快 那大家都知道北京限牌 上海限牌 广州随后也跟进 杭州也跟进 越来越多的城市都在限牌 唯独对新能源汽车不限牌 而且政府里面 有10%到30%的政府用车 是必须强制使用新能源车的 这也是为什么在整个全球 新能源汽车在中国领土上发展这么快 这是有几方面很重要的因素啦 那把一辆新能源车来看的话 撇开传统的那块 其实架构的话 一个是 就是混动的变速齿轮 油的 引擎的 电池的 那跟我们工程师相关的话 大体上呢 大体上是这四大块 有车充的 有400伏到12伏DCDC的 有动力电机的 那对我们今天来说我们的话题主要是在 是在电池管理这块 当然如果在座的同仁对其他方面 有感兴趣的 可以会后联系我们北京办公室的同事Daisy 或者我们其他同事 那都会给大家一个完整的方案 就是关于新能源汽车的一些解决措施 那在新能源汽车BMS里面 会关心哪几块呢 这就是七个重要的特点了 一个是安全 一个是你的测量 电压 电流 包括温度 还有使用寿命 然后你的均衡策略是什么样的 包括你的黑匣子 就你的上下电了 还有你的连接啊 是不是可扩容啊 这七个方面是整个电池这块最为重要的几个大的特点 那围绕这些呢 我们进一步来阐述 大家应该有了解 电池里面最重要的是要监测它的电压 要监测它的电流 包括它上面的一些温度啊 这类的重要的参数 那我们把一个BMS剖析到一个 工程师的框图上呢 大概是这样的简单 这是是接到你的Pack的正极充电端嘛 然后这是你的每一节电池包 每一节电池 那挂在它上面称之为模拟前端AFE 这是是采集它的电压电流 以及包括一些温度 当然这里面 你需要把你的电流情况啊 你需要你的接触点的状态啊 告诉你的MCU和你的主机 来进行一个通信 所以一个典型的BMS的框架呢 就是这样一个简单可能看起来挺简单的 但是实际上操作起来会非常非常复杂 那其实在国内这个环境里面啊 包括在全球这个环境里面 大家玩BMS的可能都知道 有哪几家在玩 哪几家做的好 其实我有个数字可以告诉大家啦 像一些主流品牌 包括第一家 市场运作非常好的特斯拉 它的全系列的电池能都是用德州仪器的 那这一块我们的市场占有率非常大 那像国内这块呢 其实 如果大家已经在做这一块你们买他们的车 拿过来 可以看得到 在这里面我拿一个 特斯拉来举一个例子因为里面有很多的概念 需要大家先弄清晰 这块是特斯拉的一个电池板 你可以看到把整个底座这块 全都用成了一个放电池的地方 这里 往下看呢 我们可以看到 把它上面表层拨开的话 大概就是有几个框架的方格图啦 盖在下面都是一些电池 那我们就可以引入几个概念一个是电池组 还有一个是电池包 还有是每个的电池单元 这个就是一辆车的电池的基本框架 你的电池组 电池包 电池板 当然对我们的电子元器件最关心的就是每个18650的电池单元 还有你的电池的Pack 还有你的电池的stack这些都是我们会在日常的 工作中会引用的很多 因为这会涉及到你的均衡策略到底是怎么来做嘛 这里的整套方案都是用我们的 BQ76这个均衡的AFE前端芯片啊 那讲完这个例子我相信就会引入一个概念了 就是为什么需要一个均衡 大家有没有考虑过这个问题 那确实 世界上没有两片叶子是一样的 一样的 世界上没有两个电池一样的 就像刚才这位同仁讲的因为不确定的这个离散型 每家生产的电池无论是谁家生产出来的 肯定会不一致 所以就是说 简单来说 我们把它画成一张图的话 我把整个电池放大了一些 这节电池可充的范围可能相对比较大 这节电池的可充范围相对比较少 那随着第一次充电的时候 肯定是这节充满了之后这节停下里不充了 那在放电的时候 肯定是短的那个电池先放完 等慢慢又要先充满 然后再放完 长此以往 就是你可能几个充电的环节之后 可能只剩下一节电池有能量另外一节电池没有能量 所以在你的行驶里程啊 肯定会慢慢随着你的时间的推移 越来越跑的近了 那我们要引入一个概念这两节电池之间是需要 一个均衡了 均衡又要分 哪几种形式呢 那均衡里面的形式呢 就像两瓶水 一瓶多一点 一瓶少一点 怎么样让这两瓶水都保持一样的均衡呢 一种是多的倒到少的里面一点 一种是把多的倒掉 还有一种是把多的倒到少的里面 这里把多的倒掉 就是被动均衡 因为把你原来多的浪费掉了 就不要了 就叫被动均衡 如果把你多的倒到少的里面 充分利用起来了 这个叫主动均衡 因为你的能量是被再次利用了 所以简单的概念就是这样 但可能实现起来可能不一样 因为实现起来要看你的策略是怎样 你是在行动当中 始终在均衡呢 还是你要停下来均衡呢 还是你要在某几个固定的时间段来均衡呢 这些都会影响到你的效率 影响到你的手段 但我们这块涉及到相对会比较深 首先我们今天会涉及到主动和被动均衡 以及TI的一些方案 那如果涉及到很深的一些措施的话 我们可以会后坐下来仔细再聊 那这里 这一块就是把 把多的红色那块直接倒掉 那就变成了一个均衡了 被动均衡了 但如果把多的倒到少的里面 就是主动均衡了 那这里面无论是被动还是主动均衡 被动均衡我们就是用电阻来消耗掉 主动均衡就用外围的一些感性器件 把你的能力挪出来然后挪到另一个里面去 那其实这里面 它的取决条件并不是 电池 因为比如我们手机电池 你充电的话可能 5安培7安培 8安培其实都可以 它都可以接受 问题是 你在给它这么大的电流的时候 充进去 还要把这么大的电流给卸掉 我们现在的均衡啊 它是被动均衡 是把这个能量卸掉 能卸掉用电阻 就会发生热的作用 在热这个情况 车上是不允许的 所以一般来讲就是典型的情况 被动均衡大概是在毫安等级 就是100 或者不超过200毫安 才可以如果你拿安培等级来放 没问题啊 但是会损失 会有一些热 这个热在车上是不允许的 你要靠散热系统其实按照我们电子系统来讲的话 存在风能 就是你的对流嘛 还有你把整个电池包是放在液碳里面的 那这里面如果你拿安培等级的话 那这个热量太大了 所以是不太允许 那在主动均衡里面没有关系因为通常都是安培等级的 因为主动均衡类似于你的手机充电 对电子来讲是完全没问题的 对我们来讲 其实是一个均衡的条件嘛 我们希望它的均衡速度快 速度快就需要电流大 但是我们不希望它带来额外的副作用 发生太多热 太多热我们不需要它有太多的电阻消耗 所以这是一个平衡的状态在被动均衡的时候 你要考虑这个热的问题在主动均衡的时候 你就可以放心把这个热的问题相对考虑少一点 你如何让你的每节电池快速充好 达到一个快速的目的 所以这里面 一般情况下 被动的我们在100到200毫安左右的一个等级 主动均衡的话 虽然没有上限 你最好100个安瞬态的时候就可以充 这时候材料受不了了 一般情况下 我们大概做到5个安培 相对来说是比较快速的 而且这个概念等级我刚才讲到均衡策略的时候 你可以在跑的时候让它均衡你也可以停下来再均衡 但跑的时候 车上的电流 大家应该坐过北汽的那个B200嘛 有很多私家车也在做 滴滴出租车也用 它的电流大概是30 50 70 100安 这样飘动的 因为你踩的油门不一样嘛 所以这么一个等级把5安培或100毫安放进去 基本上可以忽略不动的 所以在均衡做一些策略的时候 在跑的时候基本上不会做一些平衡状态 通常都是在你刹车停下来的时候 或者是你停在那里的时候 当然你的车子是启动状态的时候 它才来做这样的均衡 不然你的100毫安 你的5安培 放到70 100安培这个 等级里面 基本上就体现不出来 所以这个是这样子