纯电动车哪里不一样？

纯电动车关键零组件主要包括锂电池、电池控制模块、马达、马达电力控制、煞车电力回收等关键技术。其中，以锂电池的成本最高，油电混合动力（HEV）和插电式油电混合动力（PHEV）的电池成本预估约占整车成本的40～50，而纯电动车的电池成本就高达60％，其重要性可见一斑。

此外，纯电动车还需要能够承受高温、高电压的超高效率马达驱动控制器，要能够耐受200～300伏特的高电压，因此直流电源控制和充放电系统控制便非常重要。充放电机与通讯接口及软件之间的整合、产品的安全性、不同电池的充放电特性、电源管理系统的发展，这些都牵涉到电机、化学、自动控制、软件编写、通讯技术等不同领域的专业。

正因为纯电动车结合了电池、再生制动系统（Regenerative braking）和燃烧能源技术，并且透过高压电源运作，因此如何处理纯电动车所需的高电压是蛮大的挑战。所以在研发设备上，也需要数百伏特的动力电池组实验设备以及电源管理系统的测试设备等。

《图一 多采多姿的纯电动车款已在市场上陆续崭露头角》 数据源：www.e3car.eu

电源IC是最大受益者

从汽车电子的角度来看，纯电动车趋势也正在催化车用电子应用的普及度。一般而言，微控制器（MCU）和电源IC（Power IC）是整体汽车电子芯片应用的前两大，而纯电动车内部更需要仰赖电源IC将电力分配给纯电动车内部系统，因此电源IC的比例会更高。因此纯电动车将逐步改变车用IC在汽车中的比例结构，估计从一般普通汽车的13.2％上升到47％。因此车用电源IC厂商会是这波新能源汽车浪潮中最大的受益者。据估计今年全球电源IC市场可望大幅成长13.6％达到21.7亿美元，可恢复2007年的水平。

电源管理设计是纯电动车的神经系统

纯电动车的电源管理设计，更是攸关纯电动车效能提升的重要关键，这就好像人体的神经系统。新一代纯电动车正在带动出许多新兴的电源IC应用需求，包括通常需要上百路电池单体检测管理的多路电池管理芯片、多路电池电压均衡控制、高电压监控、大电池检测、大型功率半导体组件等等，以便针对复杂的电池系统进行计量管理。

这些电源IC和模块的关键作用，便是延长电动车每次充电后的行驶距离，并且减轻电池、充电组件及输配电线网络的重量和体积，同时提升功率转换器效能。电动车电源管理芯片的设计目的，在于降低汽车电瓶的负载，提供安全的失效保护性能：包括稳定电压电流、短路保护、车规温度保护等。

因此纯电动车不仅需要高功率的锂电池组，还需要注意容量与寿命的材料搭配、快速充电对循环次数的影响、电池电源平衡输出达到一致性等，另外还包括电动车全球标准的建立，通讯接口的统一等问题。

《图二 电动车电源管理与制动系统架构示意图》 数据源：意法半导体

纯电动车的心脏：BMS电池管理系统

目前对于纯电动车最主要的工作，应该是如何提高电池能量密度和提升电池发电效能，并且架构出纯电动车电池能与其他零配件完整搭配的一套系统运作。因为纯电动车是完全依靠电池发电作为动力来源，因此电动车电池电源如何有效平衡输出，一直是纯电动车电源管理设计的重点项目，此外电池的安全性和耐久性也需一并考虑。这时电池管理系统（Battery Management System；BMS）的设计便非常重要。电池管理系统BMS直接检测及管理纯电动车的电池运行的全部过程，包括电池充放电过程、电池温度、电量估计、单体电池间的均衡、电池故障诊断等各方面。

电池充放电量攸关续航力

电动车的BMS主要是以电池计量单元和充电管理单元所组成，BMS的准确度关系到电池组的总发电量，也决定纯电动车行驶距离的长短。其中，电池计量管理单元的功能是统计电池的充放电量。由于电池组是大量电池单元串联而成，因此在普通充电或动能回收充电状态下，需要有一套系统，来确保每一个电池单元充电以后的电压不超过其设定的最高值，避免电池的热失效问题，才能有效提升电池使用效能，信息主要还是透过CAN总线传送给整车管理系统。

《图三 电池管理系统BMS就像是纯电动车的心脏，管理电池的充放电量和监测电池效能》

监测管理确保不热过头

而充电管理单元功能则主要是监测电池的温度、充电和放电效果。这是对电池组的每一个电池单元进行温度、电压、电流、自放电均衡电压、数据发送等监测功能，温度控制单元是利用冷却液来保持电池组的工作温度。充电管理单元依据动、静态电池单元参数的变化，提出状况报告和建议，并将电池组的数据记录保存或发送给整车管理系统。

《图四 纯电动车和一般汽油汽车效能比较》

大厂纷纷卡位 电源管理方案一一出炉

这两方面的技术基本上都掌握在国外大厂，相关厂商也纷纷卡位纯电动车领域。德州仪器（TI）是采用将高电量电池的能量传输给低电量电池、而不是高电量电池放电至最低电量的POWERPump专利技术方式，在DC/CD转换器设置中使用一个小型电感和晶体管，便可提升至85％的效率。美国国家半导体（NS）则是透过不同模块的电池串联架构，经由适当的回路设计，达到电源输出一致的效果，让电源模块输出更加平衡。此一电池电源管理方案能让大型电池组（pack）输出效能达到1kV pack，并且具备完整的性能与健康诊断功能，不仅可支持标准化CAN车用网络接口，亦可支持双重保护与安全性传输层设计。

另一方面，凌力尔特（Linear）则已经推出下一代整合油电混合（HEV）和电动车电池管理系统IC，亦采用冗余系统监视电路，能够监视12个串联电池组电池的过压和欠压情况，可以菊链式连接多个IC，提供一种监视长串串联电池中每节电池的模式。此外，亚德诺（ADI）的整合型隔离电源数字隔离器及相关隔离式DC/DC转换器技术，可让电力能够被转换而穿越隔离障壁，藉此确保电池的监测功能不会汲取电池的电力，可广泛应用在油电混合车和电动车领域。至于英飞凌（Infineon）也正藉由主导所谓E3Car计划（Energy Efficient Electrical Car）的机会，研发控制电动车输配电的半导体组件及电源模块，除了用于车上最耗电的动力系统，也将用于功率转换器与锂电池。

台湾在电动车电池管理系统的研发能力也不落人后。台湾台泥集团旗下的能元科技，也与工研院展开合作计划，针对电动车用大型电池组（Pack）与电池管理系统技术进行研发；台达电所开发的电动车电力动力系统，也包含了完整的电池管理系统。

从整车电源管理角度才能打通任督二脉

电池计量和充电管理单元的设计需要藉由整车控制的视野和角度来整合，电池厂、计量和充电管理单位、整车厂必须营造出良好的沟通环境。目前纯电动车在电池标准的不一致，便是计量和充电管理产品会面临的主要障碍。另外，电源线组的有效管理也非常重要，电源线组是电动车在家用或公用充电站充电的关键组件。电源线组的安全测试项目主要是针对固定电线组件和可擕式电线组件，并包括插头、电源线、人体保护回路、电动车电缆和汽车连接器等，必须通过相关过载、电击和燃烧测试等等。

通过标准测试方可见真章

电池管理的电子组件当然会增加电池组的成本，但相关成本可藉由使用更少系统搭配架构的低成本电池，通过使用更多的电子组件来弥补电池生产的差异，并获得更好的电池与系统之间的搭配运作。电池管理系统（BMS）的测量准确度要越来越高，才能精确地计算出电动车的行驶距离。因此设计出一套电动车电源流量的仿真系统平台便因应而生，这可提供整车车厂针对纯电动车的内部电源流量与优化控制参数的判断依据。同时，电动车电源IC组件还要通过美国汽车电子协会AEC-Q100标准诸如环境压力加速、使用寿命仿真、电气特性确认等测试验证过程，验证时程较长而繁复，因此电源IC厂商都会及早因应。

电池管理系统化是首要之务

当然，纯电动车在技术上仍有一些问题尚待克服，这包括制造成本过高、行驶距离续航力仍须改善、电池充电站不够普及、电池充电时间过长、电池寿命短、电池安全性仍有待加强等等。因此目前首要之务，便是强化电池的电源管理效能，并且让电池与纯电动车其他零配件的整合搭配更为顺畅，纯电动车的商业化路途，才会越开越平坦。