電池管理系統瑕疵導致費用高達 9 億美元的電動車電池召回

電池管理系統 (BMS) 瑕疵是導致現代汽車 (Hyundai) 近期召回 82,000 輛 Kona 電動車款 (EV)，以替換有起火風險的鋰離子電池組的部分原因，而這應該相當容易理解。花費將近 10 億美元，是費用最高的汽車召回事件之一。

圖 1：現代汽車 (Hyundai Motor Co.) 將針對全球銷售大約 82,000 輛的 Kona 電動車及其他兩款電動車，替換具有起火風險的電池。(圖片來源： Hyundai Motor Co.)

如上所述，這並非完全是電池的緣故。「國營的韓國汽車檢測研究院 (KATRI) 測試顯示，並非電池的隔膜也不是電池芯錯位導致車輛起火，而是現代汽車的電池管理系統並未正確應用在快速充電系統中。」《韓國先驅報》的報告如此表示。

接著也補充說明道：「韓國國土交通部發現，LG 的南京工廠於 2017 年 7 月至 2019 年製造的一些電芯有瑕疵，具有起火風險。」且在前次召回中，「現代汽車已升級 BMS 系統，將最大充電率限制在 90%。」但在軟體已升級的汽車發生火災後，又再次發出召回。

除了電動車外，鋰離子電池也廣泛運用在多種應用，包括活動機器人、電動腳踏車、無人機、電動工具、可攜式醫療裝置等等。現代汽車的召回事件凸顯出，除了使用高品質的鋰離子電池外，有效的 BMS 設計有其關鍵需求。

幸好，設計人員要設計 BMS 系統時有眾多選擇，包括加速設計流程的評估板與公版設計。來看看 Texas Instruments 針對電動車與大型活動機器人推出的幾種 BMS 解決方案，Maxim Integrated 針對電動腳踏車與小型活動機器人推出的款式，還有 NXP Semiconductor 針對無人機、漫遊車、電動工具與可攜式醫療裝置所推出的款式。

多達 560 個電芯的 BMS

Texas Instruments 推出 QEC-Q100 合格且符合 ASIL-D 標準的 BQ79616-Q1，可達到自主電池平衡以及內部溫度監測。在發生過溫情況時，可支援自動暫停，然後恢復平衡。BQ79616-Q1 可針對 6 至 16 個電芯，在 200 μs 內提供高度準確的電芯電壓測量。

為了加速 BMS 應用的開發，Texas Instruments 提供 BQ79616EVM-021 評估板 (圖 2)。可連接多達 35 個 BQ79616-Q1 裝置，在電動車中支援多達 560 個電芯的鋰離子電池組。

圖 2：每個 BQ79616EVM 都可管理多達 16 個鋰離子電芯，並可將 35 個 BQ79616EVM 模組堆疊在一起。(圖片來源：Texas Instruments)

電動腳踏車與小型活動機器人

Maxim Integrated 針對電動腳踏車、小型活動機器人與電動工具的設計人員提供 DS2788E+，可用來監測電流、電壓、放電率以及溫度 (圖 3)。此外也可估算鋰離子與鋰聚合物電池的可用容量。晶片上 EEPROM 可儲存電池特性與應用參數。容量估算報告會呈現充電百分比，以毫安時 (mAh) 為單位。DS2788E+ 含有 LED 顯示器驅動器，可簡化充電狀態的顯示。為了快速開始設計，Maxim 提供 DS2788EVKIT DS2788 電量計電源管理評估板。

圖 3：DS2788 含有 LED 顯示器驅動器，可簡化鋰電池組的充電狀態顯示。(圖片來源：Maxim Integrated)

3 至 6 個電芯用的 BMS

設計人員若要使用 3 至 6 個電芯設計無人機、漫遊車、滑板車、電動工具與可攜式醫療裝置，可參考 NXP 以 MC33772B 六通道鋰離子電芯控制器為基礎打造的 RDDRONE-BMS772 BMS 公版設計 (圖 4)。此控制器可針對不同的電池電壓與電流進行類比數位轉換，藉此提供電池電荷庫侖計數與電池溫度測量。用於無人機時，此公版設計可透過 UACCAN 和／或 SMBus 與飛航管理單元 (FMU) 進行通訊。

圖 4：RDDRONE-BMS772 公版設計可透過 UAVCAN 和／或 SMBus 與 FMU 進行通訊。(圖片來源：NXP)

RDDRONE-BMS772 公版設計的特點：

• 支援 3 至 6 個電芯的電池堆疊，電壓介於 6.0 V 至 26 V。
• 測量電池堆疊與電池電壓時的準確度為 ±5.0 mV。
• 電池堆疊充電時可主動電池平衡
• 支援電池驗證
• 支援 CAN、I2C 與 NFC 通訊
• 包含低漏電流深眠模式 (以便貯藏與運輸)

結論

進行大規模的電動車召回時若有談到電池，許多人會迅速假設一定是電池在製造時所牽涉的化學物質與結構發生問題。但就像本文這個例子所述，這樣的假設太單純了。電池與 BMS 之間通力合作的關係相當重要，絕對不是假的。除了高品質的鋰離子電池之外，設計人員也要相當謹慎挑選 BMS 設計，並且運用評估板與公版設計的優勢來測試並驗證這些選擇。