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根据市场研究机构MRFR最新报告的预测，电动汽车市场到2023年将达到3565亿美元的规模，而预期市场规模在2017至2023年，将以18.96％的年复合年长大率增加。 电动车市场潜力无穷 近年来电动车普及，大家也逐渐熟悉了电动车辆的优点。一般来，电动车是指由电池系统供电的车辆，并使用来自充电站的电力进行充电，或者由涡轮增压器、再生致动系统等自充电装置来充电。在国际上，电动车已经逐渐纳入到各国政府的发展政策之中，例如挪威的电动汽车和混合动力汽车在2017年就占了新车销售总量的近52％，此外，挪威政府也制定了一项政策目标，也就是到了2025年时，每辆售出的汽车应为零排放。 而中国也被认为是具有巨大潜力的市场，也拥有最多的电动汽车制造业。根据数据显示，中国的汽车制造商在2017年成功生产了大约68万辆全电动汽车、卡车和公共汽车，这一数字超过了全球其他地区的总和。在2017年，中国还生产了20多万辆全电动商用车，占全球总产量的近5％。 此外，许多国家已经建立了法律规范来监测车辆排放。各国采用了欧洲或联合国欧洲经济委员会（UN-ECE）行动来源排放法规的前版本，部分国家则采用了基于最新版欧洲或美国的先进法规。典型的例子就是中国，目前中国已经采用了基于欧洲第五阶段排放标准的大城市排放法规。另一方面，韩国和台湾则采用了美国的汽油车严格标准，以及欧洲柴油车辆标准。这些因素的结合，预期都将在不久的未来促进电动车市场的长大。 BMS的架构 市场上有许多不同类型的BMS，除了可以自行设计之外，甚至还可以购买随时可用的整合IC。从硬体结构的角度来看，基于其拓扑结构的BMS只有三种类型，分别是集中式BMS、分散式BMS，以及模组化BMS。然而，这些BMS的功能都是相似的。 现在来进一步从核心分析BMS的功能。BMS的主要功能是监控电池所需要测量的三个重要参数，包括电池组中每个电池的电压、电流和温度等。我们知道电池组是透过串联或并联的配置来连接许多电池而形成的，例如特斯拉有8,256个电池，其中96个电池以串联连接，86个以并联连接来形成电池组。
通用电池管理系统 如果一组电池是以串联连接，那么我们必须测量每个电池的电压，但整个电池组的电流将相同，因为串联电路中的电流都相同。类似地，当一组电池并联连接时，我们必须仅测量整个电压，因为当并联连接时，每个电池上的电压将是相同的。 测量电池电压与温度 由于典型的EV具有连接在一起的大量电池，因此测量电池组的单个电池电压有点挑战。但只有知道单个电池电压，我们才能进行电池平衡并提供电池保护。为了读取单元的电压值，可以使用ADC。但由于电池串联连接，所涉及的复杂性很高。这意味着每次都必须改变测量电压的端子。有许多方法可以做到这一点，包括继电器、多路复用器等。除此之外，还可以透过一些电池管理IC，用来测量串联的多个电池（如12～16个）的单电池电压。
图中显示了一组串联的电池，可以为单个电池测量电压和温度，并且测量电池组的电流。 除了电池温度，有时BMS还必须测量母线温度和电机温度，因为一切都在高电流下工作。用于测量温度的最常见元素称为NTC，其代表负温度系数（NTC）。它类似于电阻器，但它根据其周围的温度改变（降低）其电阻。通过测量该器件的电压并使用简单的欧姆定律，我们可以计算出电阻，从而计算出温度。 测量电池电压可能非常复杂，因为它需要高精度，并且还可能从多路复用器注入切换噪讯。除此之外，每个电池都透过电池平衡开关连接到电阻器。为了克服这些问题，可以使用类比前端芯片（AFE）。AFE具有高精度的内置Mux、缓冲器和ADC模组。它可以透过共模轻松测量电压和温度，并将信息传输到主微控制器。 EV电池组可以提供高达250A甚至更高的大电流值，在实际的电流量测之中，还必须测量电池组中每个模组的电流，以确保负载均匀分布。在设计电流感测元件时，必须在测量和感测装置之间提供隔离。最常用的两种检测电流的方法是Shunt法以及透过霍尔传感器。两种方法都有其优点和缺点。较早的分流方法被认为不太准确，但随着最近可用的高精度分流器设计与隔离放大器和调制器，将比采用霍尔传感器的方法还要更合适。 电池状态估算 BMS主要能力还包括电池状态的估算，这包括SOC和SOH的测量。SOC是电池的充电状态（state of charge），SOH是电池的健康状态（State of Health）。一般可以使用电池的电压、电流、充电曲线和放电曲线等来计算SOC。SOH则可以透过使用电池的充电次数和性能来加以计算。有许多方式可以用来测量电池的SOC，每个算法都有不同的输入值。最常用的SOC方法称为库仑计数法。除此之外，还有许多其他先进和更复杂的算法，包括： 基本方法
到目前为止，库仑计数法是最常用且最易于理解的方式。它是透过『总电荷输入和电池最大容量之间的比值』来得出SOC值。公式为： SOC =总电荷输入/电池最大容量 电动车市场细分 电动汽车市场可以根据技术和车辆类型进行细分。从技术类型来分类的话，可分为电池电动车、混合动力电动车和插电式混合动力电动车。其中，电动汽车占据了51.40％的比重（根据2016年数据），市值约547亿美元，混合动力汽车仅稍微落后。然而，插电式混合动力电动汽车则以最快的速度长大，复合年长大率为21.75％。 另一方面，若以车辆类型来分类，全球电动车辆市场被分割成乘用车、商用车辆和双轮车。其中，乘用车在2016年的市场比重最高，为68.20％，价值约726亿美元。而乘用车也有最快的长大速度，年复合年长大率为19.93％。 区域展望 全球电动汽车市场市场大致可分为亚太地区、欧洲、北美和世界其他地区。在近几年来，亚太地区几乎是电动车发展最为迅速的区域，根据2016年的调查数据，其市场占有约为53.2％，市场规模567亿美元，年复合长大率为20.35％。在未来几年，中国，日本和韩国等国家的将更带动亚洲区域的电动车市场前进，这也是该区域电动汽车市场利润丰厚长大模式背后的主因。在亚洲地区，中国被认为是电动汽车和电动双轮车的最大市场，自2015年以来，该两种车辆在中国的销量大幅增加。而电动车也为该地区的汽车制造商创造了更大的商机。而包括现代汽车、特斯拉等汽车制造商，也正在努力开拓印度电动汽车生产。 在欧洲方面，电动汽车市场在过去几年中享有极具吸引力的利润，其中有多种因素带动了上述的长大，包括柴油技术的持续萎缩，以及客户对电动车的兴趣日益增加等。其中，德国的市场动力最为明显，近年来该市场已经长大了一倍以上。因此，德国也成为仅次于挪威之后，欧洲第二大电动汽车市场。 至于在北美市场，影响北美电动汽车发展的因素，包括政府对激励措施的支持，以及提高了该地区电动汽车销售量的补贴措施等。例如美国联邦政府便根据电池规模，提供高达7,500美元的所得税抵免。除此之外，还有其他各种州级的奖励措施，通常都是采用退税的形式。另一方面，在加拿大，许多基金也都为电动汽车的长大提供了强有力的支持。而锂离子电池价格的下降，可以被视为电动车产业中的一个积极信号，因为这将使电动汽车的价格更加实惠。 *免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。 今天是《半导体行业观察》为您分享的第1963期内容，欢迎关注。 实时 专业 原创 深度 本文来源【半导体行业观察】版权归原作者所有。 |
