电池管理系统在 9 亿美元的电动车电池召回事件中出现故障

韩国 Hyundai 最近召回 82000 辆 Kona 型号电动车 (EV) 以更换有火灾风险的锂离子 (Li-ion) 电池组，其中部分原因至少是电池管理系统 (BMS) 出了问题（图 1）。此次事件极具启发性。此次召回耗资近 10 亿美元，是有史以来最大的汽车召回事件之一。

图 1：由于潜在的火灾风险，Hyundai Motor Co. 正在更换其全球销售的约 8.2 万辆 Kona 电动车和其他两款电动车的电池。（图片来源：Hyundai Motor Co.）

如前所述，此次召回并不完全是电池问题。据《Korea Herald》报道，“国营韩国汽车测试研究所 (KATRI) 实验室测试显示，电池分离器和电池单元错位都没有导致车辆起火，而是 Hyundai 汽车的电池管理系统在快速充电系统使用不当。

该报告补充道，“土地、基础设施和交通部发现 2017 年 7 月至 2019 年在 LG 南京工厂生产的一些有缺陷的电池单元有可能会引发火灾。”在之前的召回中，“Hyundai 升级了 BMS 系统，将最大充电率限制为 90%。”但当一辆完成软件升级的车发生火灾后，加速了此次召回。

锂离子电池的应用范围很广，不仅仅是电动汽车，还包括了移动机器人、电动自行车 (e-bike)、无人机、电动工具、便携式医疗设备等。Hyundai 的召回事件显示，除了使用高质量锂离子电池外，还迫切需要有效的 BMS 设计。

幸运的是，设计者有多种选择来设计 BMS 系统，包括使用评估板和参考设计来加快设计过程。让我们来看看 Texas Instruments 为电动车和大型移动机器人提供的几种 BMS 解决方案，Maxim Integrated 为电动自行车和小型移动机器人提供的解决方案，以及 NXP Semiconductors 为无人机、漫游车、电动工具和便携式医疗设备提供的解决方案。

可用于多达 560 节电池的 BMS

Texas Instruments 的 QEC-Q100 认证和 ASIL-D 兼容型 BQ79616-Q1 实现了自主电池平衡和内部温度监控。在出现超温情况下，可以自动暂停和恢复平衡。BQ79616-Q1 在 200 微秒 (μs) 内可对 6 至 16 节电池进行高精度电池电压测量。

为了加快 BMS 应用的开发，Texas Instruments 推出 BQ79616EVM-021 评估板（图 2）。最多可以连接 35 个 BQ79616-Q1 器件，以支持具有多达 560 个电池单元的电动汽车锂离子电池组。

图 2：每个 BQ79616EVM 可以管理多达 16 节锂离子电池，35 个 BQ79616EVM 模块可以叠加使用。（图片来源：Texas Instruments）

电动自行车和小型移动机器人

针对电动自行车、小型移动机器人和电动工具的设计者，Maxim Integrated 的 DS2788E+ 可监测电流、电压、放电率和温度（图 3）。该器件还可以预估锂离子和锂聚合物电池的有效容量。采用片上 EEPROM 存储电池特性和应用参数。用以毫安时 (mAh) 为单位的电池充满状态的百分比表示容量。DS2788E+ 包括 LED 显示驱动器，以简化充电状态显示。为了快速启动设计，Maxim 提供 DS2788EVKIT+ DS2788 电量计电源管理评估板。

图 3：DS2788 包括 LED 显示驱动器，可简化显示锂电池组的充电状态。（图片来源：Maxim Integrated）

适用于 3 至 6 节电池的 BMS

对于使用 3 至 6 节电池的无人机、漫游车、滑板车、电动工具和便携式医疗设备的设计者，NXP 提供基于 MC33772B 的 RDDRONE-BMS772 BMS 参考设计（图 4），这是一款 6 通道锂离子电池单元控制器。该控制器对差分电池电压和电流进行模数转换，以进行电池电荷库伦计数和电池温度测量。当用于无人机时，该参考设计可以通过 UAVCAN 和/或 SMBus 与飞行管理单元 (FMU) 通信。

图 4：RDDRONE-BMS772 参考设计可以通过 UAVCAN 和/或 SMBus 与 FMU 通信。（图片来源：NXP）

RDDRONE-BMS772 参考设计的特点：

• 支持 3 至 6 节电池组，电压范围为 6.0 - 26V
• 测量电池组和电池电压时，精确度为 ±5.0 毫伏 (mV)。
• 在电池组充电时主动平衡电池
• 支持电池认证
• 支持 CAN、I2C 和 NFC通信
• 包括一个低漏电流的深度睡眠模式（用于存储和运输）

结语

当电池在大规模的电动汽车召回中提及时，许多人很快就会认为，由于其制造过程中涉及的化学品和结构，一定是电池问题。但正如这个特殊案例所指出的，这样认为太简单了。电池和 BMS 之间的协同关系的重要性怎么强调都不过分。除了高质量锂离子电池，设计者需要非常小心地选择 BMS 设计，利用现有的评估板和参考设计来测试和验证这些选择。