隨著未來全球新能源汽車滲透率和銷量的逐步擴大，相關(guān)互補商品（如電池）需求將會上升，鈷作為新能源汽車三元電池體系的基礎(chǔ)元素之一，也將進入新一輪的消費需求期。彭博新能源財經(jīng)預(yù)測到 2025 年，全球電動汽車銷量將達到 1000 萬輛，相當于每年約需要 10 萬噸的鈷。

電池占電動汽車制造成本的30%，約20%的電池成本來自于正極，而20%的正極材料又是由鈷、鎳和錳組成。如今，大多數(shù)鋰離子電池都使用化學元素鈷作為陰極材料（這部分將決定鋰離子電池的儲電量）的基礎(chǔ)。與其他化學元素相比，鈷陰極電池的續(xù)航時間更久，電荷測量和管理的難度更低。但鈷具有很強的生態(tài)毒性，且其開采方法飽受爭議，使其被列為沖突性材料。而且按照目前的使用速度，全球的鈷儲量可能會在 2030 年耗盡。總之，種種因素也促使下游的動力電池供應(yīng)商、車企必須找到應(yīng)對舉措。

無鈷的LFP電池如何準確測量電池電量

隨著電氣化生態(tài)系統(tǒng)要求兼顧社會可持續(xù)性和環(huán)境可持續(xù)性，大家對更低鈷含量的電池化學材料（NMC和NCA）和不含鈷的電池化學材料（例如磷酸鐵鋰(LFP)）的興趣與日俱增。

LFP電池已經(jīng)在行業(yè)中使用了數(shù)十年，是領(lǐng)先的原始設(shè)備制造商完全支持并且首選的技術(shù)。然而，相比之下鈷基化學材料的能量密度要高10%-20%，因此單次充電的續(xù)航時間更長，所以受到了越來越多電動汽車制造商的青睞。但隨著汽車市場上的新能源車輛發(fā)展迅速，鈷作為鋰離子電池的構(gòu)成成分，又作為稀有金屬，難免會出現(xiàn)緊缺感。于是，電動汽車制造商期望能在高價位、高性能（高端）車輛中使用如今的電池技術(shù)，在低端車輛中使用LFP電池。這些低端車輛不使用鈷，降低了成本，所以售價更低。雖然相比鈷，LFP電池的成本更低，使用更安全（鈷的燃點更低，電池起火的風險更高，LFP在處理擊穿或熱失控等安全隱患方面效率更高），但其放電曲線更平坦，因此，很難準確測量電池電量。

ADI的BMS解決方案有助于解決這個問題。據(jù)悉，ADI的電池管理系統(tǒng)(BMS)解決方案能夠準確高效地管理LFP電池的充電狀態(tài)需求，釋放LFP電池對于該行業(yè)的潛在成本和安全特性優(yōu)勢，從而大大減輕汽車制造商的負擔。A值得一提的是，LFP電池能在更廣泛的溫度范圍內(nèi)提供更高的功率密度、更長的生命周期和更低的運行成本，因此非常適合儲能應(yīng)用等電池梯次利用場景。



卓越精度和穩(wěn)定性是BMS的關(guān)鍵要求

改善電池續(xù)航里程和性能是全面采用電動汽車的關(guān)鍵所在，BMS 能夠密切監(jiān)視、控制和分配整個電池系統(tǒng)在使用壽命期間的可靠充電和放電。精確監(jiān)控電流和電壓分布至關(guān)重要，因為電池過度充電可能會引起火災(zāi)或爆炸，而充電不足（或完全放電）則會導致電池失效。電池管理系統(tǒng)的質(zhì)量直接影響電動車每次充電所能行駛的里程數(shù)。優(yōu)質(zhì)的電池管理系統(tǒng)能夠最大限度地延長電池的整體使用壽命，從而降低擁有成本。

為了在駕駛者踩下踏板的瞬間提供超過 100 千瓦的電能，電池系統(tǒng)必須在數(shù)百伏特的電壓下才能高效工作。然而，鋰電池只能提供幾伏特的電壓。為了獲得足夠的功率，需要將大量電池串聯(lián)在一起，形成一個很長的電池堆棧。在長長的電池堆棧中，如果有一個電池失效，實際上相當于所有的電池都失效了。因此，需要監(jiān)控和管理所有的電池——為電池充電、放電，且在車輛生命周期的每一天都要如此。

ADBMS1818是ADI最新推出的一款多單元電池堆監(jiān)控器，可測量多達18個串聯(lián)連接的電池單元，同時它可以提供最多9個溫度的測量通道，每一個通道的電壓精度可以達到三毫伏，這在業(yè)界是非常高的高精度電壓測量。另外值得一提的是，ADBMS1818的芯片內(nèi)部還集成了非常穩(wěn)定的參考電壓，它可以保證在長時間的壽命內(nèi)檢測數(shù)據(jù)能夠保持一個非常好的一致性和穩(wěn)定性。ADBMS1818具有0 V至5 V的電池測量范圍，適合大多數(shù)電池化學應(yīng)用?？稍?90 μs內(nèi)測量所有18個電池單元，并選擇較低的數(shù)據(jù)采集速率以便降噪。


據(jù)ADI官方資料顯示，多個ADBMS1818可以串聯(lián)使用，以便同時監(jiān)測很長的高壓電池串。每個ADBMS1818都有一個isoSPI™接口，用于進行不受RF干擾的遠距離高速通信。采用菊花鏈的形式把所有的芯片連接起來。這種形式對于這種堆疊式的，比如像剛才提到的800伏、1000伏、1500伏這樣的應(yīng)用，它是需要多個電池堆疊的。由于有了這樣IsoSPI的通信方式，可以很容易的把不同的電池包用一種通訊協(xié)議連接起來，可以達到可靠的堆疊式的鏈接方式。多個器件以菊花鏈形式連接，并為所有器件連接一個主機處理器。該菊花鏈可雙向操作，即使通信路徑出錯，也能確保通信完整性。

同時，電池堆可直接為ADBMS1818供電，也可采用隔離電源對其供電。ADBMS1818具有針對每個電池單元的被動式平衡和個別PWM占空比控制功能，其他特性包括一個板載5 V調(diào)節(jié)器、九個通用I/O線路和睡眠模式（在此模式下，功耗降至6 μA）。

總結(jié)
電動汽車的潛力令人振奮，但是改善電池續(xù)航里程和性能是發(fā)展的關(guān)鍵所在。目前，電池成本占電動汽車標價的51%，BMS使得LFP電池能在更廣泛的溫度范圍內(nèi)提供更高的功率密度、更長的生命周期和更低的運行成本，最終將會降低購買電動汽車的價格壁壘，推動消費者購買電動汽車。此外，擺脫對鈷的嚴重依賴將推動該行業(yè)構(gòu)建更合乎道德標準的供應(yīng)鏈，而LFP電池的優(yōu)勢最終會幫助實現(xiàn)更環(huán)保的可持續(xù)電池生態(tài)系統(tǒng)，并提高電池梯次利用的效率。