最近和幾位朋友討論在電池系統中電池管理系統和電氣設計的趨勢，我們都認為在技術方案演變過程中，主導權越來越傾向于垂直一體化的企業（車企開始做電池，電池企業開始做CTC一體化底盤和域控制器）。

在大容量電池需要兼容400V和800V的情況下，出現了一種智能配電方案設計，對電池管理系統功能分解方案帶來新的變化。

▲圖1. 智能化方向發展的智能配電盒設計

智能配電設計這個智能配電方案設計，最早要追溯到歐洲的PHEV系統設計，如下所示：

▲圖2. 獨立的高壓智能配電盒

隨著電池管理系統（BMS）的主要功能，從基本的監測電芯電壓、電池組電壓和電池組電流，到監測各個電芯的電壓和溫度，逐漸開始存儲傳輸到云端并進行大數據層面的分析，這讓整個電池管理系統的方案設計都可以簡化。圖1的示意圖中可以看出，在傳統的電池管理系統BMS架構中，電池管理系統是放在高壓側的，內部主控單片機MCU包含了全部的采樣功能，包括高壓側電壓采樣、絕緣阻抗采樣和電流采樣，而電氣配電盒（BJB）只包含高壓接觸器、保險絲（熱熔）和電流傳感器，這種方式從系統整體布局來看，高壓采集線纜布局的困難較大，多個接觸器的高壓采樣點最終都要連接到BMU上，且BJB需要通過線纜連接到隔離模數轉換器ADC。

隨著CTP的發展，系統設計需要考慮400V、800V兼容，并且由于快充的需求，整個電流范圍也越來越高，并且需要導入Pyro-fuse的使用，如何減少BMS系統空間并簡化整個線束布置，就成了設計的主要考慮方向。在圖1右方的是電動汽車早幾年開始流行的智能配電盒BJB，配電盒內部具有專用的電池組監控器，可以測量所有的電壓和電流，并通過串行通信協議將信息傳遞給MCU。這種智能BJB的主要優勢是可以簡化線束并優化布線就近設計，可以對高壓側電壓和電流進行測量，同時整個軟硬件也可進行簡化，使用同系列器件完成單體電壓采樣和高壓電流采樣，兩者的架構和寄存器也非常相似，并且可以同步電池組電壓和電流測量，減低SOC測算難度。

▲圖3. BJB內部高壓及電流采樣

圖3是一個典型的參考設計，采用的TI BQ79631-Q1測量不同位置高壓、電流和溫度，其中對高壓電壓采樣使用分壓電阻實現，對分流電阻進行溫度采樣。在大電流快充持續時間越來越長的情況下，可以方便單片機MCU進行溫度補償；在電流采樣更高功能安全等級的需求下，系統也可使用霍爾效應傳感器，實現電流的隔離采樣。

▲圖4. 電池管理云端平臺

云端電池管理系統中對于采集到的數據，不止可以在本地MCU進行分析，更重要的是從長期數據分析角度來看，單體電壓、Pack電壓和電流同步采樣信息就變得非常關鍵——基于這些數據的深度分析，可以在后臺對每個電芯和整個電池系統進行評估來判斷電池的真正差異性，并通過計算電池阻抗來監測電池的長期特性。采樣的特定時間間隔稱為同步間隔，同步間隔越小，功率估算或阻抗估算越準確。從電池管理系統和云端分析角度來看，需要將電壓和電流采樣的延遲控制在1ms內，滿足這項要求的主要難點在于：

1） 所有電池監控器和電池組監控器都有不同的時鐘源，采集信號過程本身就不同步。

2） 在800V電池系統里面，串聯的電池監控器數量大大提高，每個電池監控器可以測量6至18個電芯，每個電芯的數據長度為16位。大量數據需要通過菊花鏈通信接口傳輸，會消耗電壓和電流同步所需的時間預算。

3） 電壓電流采樣的濾波器均會影響信號延時，導致電壓和電流同步延遲。

從這方面考慮，電池監控器芯片的選擇就很重要，TI的BQ79616-Q1、BQ79614-Q1和BQ79612-Q1可以通過向電池監控器和電池組監控器發出ADC啟動命令來保持時間同步，通過支持延遲ADC采樣來補償通過菊花鏈接口傳輸ADC啟動命令引發的傳播延遲。

▲圖5. 高集成化的控制器涵蓋了BMS的計算任務

小結：隨著電池管理的主要架構從BMS本身往三電域控制器甚至是整車域控制器轉移，在電池管理系統里，需要簡化整個系統設計來降低BMS復雜性，同時要提升系統安全性。簡化設計之后，新方案可以提升電壓和電流采樣的精度，通過有效的電壓電流同步技術，可以對電池運行狀態、充電狀態和電池阻抗進行精確計算。

審核編輯 ：李倩