BMS 的未來願景是什麼？更安全、更平價的電動車
圖、BMS 的未來願景是什麼？更安全、更平價的電動車
隨著電動車 (EV) 越來越普及，先進的電池管理系統 (BMS) 有助於克服阻礙廣泛採用的部分關鍵門檻：行駛距離、安全性、性能、可靠性，以及成本。而半導體則是這類系統的核心。
「相較於燃油車，半導體技術在電動車中佔有更加重要的地位。」Sam Wong 表示，他負責領導本公司開發電動車電池監控產品的團隊。「我們的晶片可帶來極大助益，但所需成本卻只是電池組的一小部分。」
進一步了解電動車的智能電池管理和充電技術。
近期一篇 BloombergNEF 報告指出，在全球客車市場中，電動車僅佔不到 5%。不過電動車的市佔率正在迅速增加，大多數大型汽車製造商均承諾將在未來 5 到 10 年中將產品系列轉型為以電動車為主，以推動邁向更為環保且永續的未來。對主流消費者而言，電池技術的進步是關鍵要素。TI 立足於推動電池技術進步的最前線，我們透過新技術，讓工程師能利用多種電池化學物質和配置進行作業，進而推動汽車創新向前邁進。這類進步已透過傳統或尖端的電池技術，讓電動車的價格、性能和可靠性獲得改善。
利用毫伏行駛數英里
新的電池化學物質帶來了一大良機。大多數電動車都使用仰賴鈷的鋰離子電池供電，而鈷是一種供應量極低的稀土金屬。不過，現在電動車產業大多開始採用無鈷的電池化學物質替代方案，那就是磷酸鐵鋰 (LFP)，磷酸鐵鋰的供應量較充沛、開採的永續性較高，而且更易於使用，因此是更加低廉且更有效率的替代選擇。
不過，雖然因鐵的成本較低、蘊藏量相對豐富，讓 LFP 成為更永續的選擇，這種化學物質卻具有一項缺點。電動車需要透過量測電池壓降來評估剩餘的電量，對車中的乘客而言，這代表剩餘的行駛距離。以鈷為基礎的電池在放電時，其電壓會穩定下降，但 LFP 電池卻不一樣，其壓降十分微小，即使電量即將完全耗盡也不例外，讓預測其電量成為一大挑戰。
「LFP 平緩放電率所需的電壓量測準確度，正好是現代半導體技術可提供的極限所在。」本公司 BMS 系統經理 Mark Ng 表示。
傳統 BMS 產品量測電池電壓的準確度可達約 5 毫伏，但就 LFP 電池而言，這種不準確度會為行駛距離帶來約 25% 的不確定性。因為製造商必須採取低估行駛距離的謹慎做法，以免駕駛人行駛在公路上時意外發現電池即將沒電，所以汽車回報的剩餘行駛距離通常都比實際可行駛的距離短 25%。
此時我們的尖端技術即可派上用場。運用我們的高精密度電池監控器，汽車製造商即可指示更為準確的行駛距離。
「現在無須在實際還可行駛 250 英里時，告知剩餘的行駛距離為 200 英里，因為只要利用我們的晶片，汽車就可告知剩餘的行駛距離為 230 英里。」Mark 表示。「雖然是對相同的電池進行相同的充電作業，BMS 實際上卻可將行駛距離延長 30 英里。」
額外的行駛距離足以確保 LFP 電池是可行的技術，讓汽車製造車能放心轉換至此新興化學物質，進而製造更為永續且平價的電動車。
取得平衡
準確的監控技術除了可延長汽車的行駛距離外，對於安裝至電動車電池組中近 200 個電池芯而言，更是左右其安全性與耐用性的關鍵。若一個電池芯的放電速度比其它電池芯快，即使電池組的其餘部分仍有電，該電池芯仍可能幾乎耗盡電力。但幾近耗盡電力可能會對電池芯造成永久性傷害，讓其無法保存電量，導致整組電池芯再也無法使用。而在充電期間，需要關切的部分則是比其它電池芯更快充飽的電池芯。這可能會造成電池芯過度充電，並可能導致發生危險的過熱情況。
由於我們的電池監控器具有高準確度，因此可發現電池芯即將耗盡電量或過度充電的早期跡象，隨後則會中斷該電池芯的連結以免過度放電，或是釋放出過度充電的電量，讓整組電池芯可在行駛和充電期間維持平衡狀態。前述產品也會監視電池溫度上升的情況，這是發生過度充電或其他問題的另一種跡象。
「BMS 可提供精密的監控網路，以感測每個電池芯的電壓、電流和溫度。」Sam 指出。「如此一來，我們就可中斷電池與系統的連結，或是調整流入或流出電池的電流。」
BMS 採用兩個獨立感測器來量測電壓，以提供備援功能，並在發生不匹配情況時警示系統。
即使是中斷電池與系統連結的作業，也具有其挑戰和解決方案。就新一代電動車的配電、穩健性和安全性而言，更高的電池電壓堆疊、更快的充電需求，以及更強大的牽引馬達，都為這類中斷連結系統帶來了獨特的挑戰。
靈活創新
隨著製造商引進新的電池化學物質、更強大的電池組，以及不同的個別電池芯配置方式，其中許多製造商都開始推出運用前述不同組合的電動車產品系列。我們的產品組合以相同封裝提供多種通道選項、針腳相容性，且可完全重複使用已建立的軟體。因此，本公司產品組合所提供的最重要功能之一，在於可搭配汽車製造商選用的幾乎所有電池化學物池或配置運作，讓汽車製造商能省下研發成本、軟體開發成本和時間。
「身為需要處理多種化學物質和配置的製造商，能在同一產品系列中獲得多種電池監控產品選項，是至關重要的一點。」「若能跨越平台進行擴展，就可降低個別電動車的成本，同時加快車輛的上市時間。」
未來還會推出更多 BMS 創新技術。本公司正力求突破電壓準確度的極限，並在每個晶片中整合更多控制功能，以協助汽車製造商充分發揮其真正的潛力。此外，TI 正在進行研究，藉此確保我們的 BMS 解決方案皆獲得最佳化，可準確地支援新興類型的電池。「目前業界在檢討的其它不同電池化學物質可能有上百種。」Sam 表示。「我們希望確定本公司的 BMS 產品都能提供所需的靈活性，以充分運用其中任何一種電池化學物質。」
打造更美好世界的熱忱
打造更美好的世界是本公司的熱忱願景，因此我們透過半導體技術，製作更為平價的電子產品，而協助汽車製造商生產更安全、更平價的電動車，只是本公司的創新者實踐此熱忱的途徑之一。每一代創新都以前一代為基礎，使我們的技術能夠更精巧、更有效率、更可靠且更經濟實惠。我們將此視為工程所帶來的巨大進步。也是我們數十年來一直堅持的做法。(2283字；圖1)
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