全面完善系統(tǒng)功能，EV/HEV電池管理設(shè)計(jì)更周全

隨著節(jié)能減排成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，電動(dòng)汽車及混合動(dòng)力汽車(EV/HEV)在21世紀(jì)取得跨越性的發(fā)展。電池管理作為電動(dòng)車的設(shè)計(jì)關(guān)鍵，是工程師需要重點(diǎn)考慮的問題。電池管理產(chǎn)品不斷配合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，幫助設(shè)計(jì)人員提升性能、降低功耗、提高可靠性等，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能方面發(fā)揮著積極的作用。

電動(dòng)車的蓬勃發(fā)展及遠(yuǎn)大前景，促進(jìn)了電池及其管理技術(shù)的發(fā)展，世界各大汽車公司紛紛投巨資并采取結(jié)盟的方式研究各種類型的電池。電池管理系統(tǒng)作為電池系統(tǒng)的重要組成部分，肩負(fù)著優(yōu)化電池使用和延長(zhǎng)電池壽命的重要職責(zé)。在電動(dòng)汽車發(fā)展的同時(shí)，電池管理技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。為了滿足電動(dòng)汽車的實(shí)際運(yùn)行需求，電池管理系統(tǒng)在功能、可靠性、實(shí)用性、安全性等方面都做出了重要努力。

凌力爾特加碼電池管理 EV/HEV應(yīng)用優(yōu)勢(shì)盡顯

圖 凌力爾特公司信號(hào)調(diào)理產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理 Brian Black

凌力爾特公司信號(hào)調(diào)理產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Brian Black通過詳細(xì)介紹一款應(yīng)用在EV/HEV上的電池管理產(chǎn)品LTC6804及其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)為我們展示一個(gè)好的電池管理系統(tǒng)( BMS )應(yīng)具備的5個(gè)基本要素。

Brian Black強(qiáng)調(diào)，LTC6804提供了業(yè)界最佳的精度、穩(wěn)定性、出色的靈活性和針對(duì)主動(dòng)與被動(dòng)電池電荷平衡的支持、堅(jiān)固的低成本通信以及豐富的故障檢測(cè)功能。相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手而言，LTC6804的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)可在存在噪聲的情況下于漫長(zhǎng)的使用期限和寬廣的工作溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的電壓測(cè)量;

Brian Black強(qiáng)調(diào)，LTC6804在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)0.04%的最大測(cè)量準(zhǔn)確度，這對(duì)最大限度地延長(zhǎng)電池組的總壽命和車輛的行駛里程至關(guān)重要。測(cè)試結(jié)果顯示：LTC6804的熱遲滯性能優(yōu)于采用帶隙電壓基準(zhǔn)的器件至少達(dá) 5 倍以上。LTC6804采用了一個(gè)高精度16位ΔΣADC，用以對(duì)電池電壓及溫度、電流和其他輔助輸入測(cè)量進(jìn)行數(shù)字化處理。該器件具有一個(gè)內(nèi)置的三階 FIR濾波器和多種設(shè)置，可提供6種不同的速度-拐角頻率選項(xiàng)。

(2)測(cè)量其他參數(shù)(例如：電流和溫度)的能力;

通過及時(shí)測(cè)量電壓、電流和溫度，能及時(shí)跟蹤電池組的健康狀態(tài)。LTC6804具有5個(gè)通用的數(shù)字I/O或模擬輸入引腳。而這些引腳可用于測(cè)量諸如溫度等其他參數(shù)。另外，還可把當(dāng)中的一些引腳配置為SPI或I2C總線I/O，以用于訪問EEPROM、主動(dòng)電池電荷平衡IC或其他的可尋址器件。

(3)支持電池電荷平衡;

LTC6804具有支持被動(dòng)電池電荷平衡的內(nèi)部開關(guān)，其亦可與LTC3300相連接以適合主動(dòng)電池電荷平衡應(yīng)用，從而解決由電池容量的細(xì)微差異和電池的老化而導(dǎo)致的電池變至失衡的狀態(tài)。

(4)穩(wěn)健的通信和針對(duì)模塊化設(shè)計(jì)的支持;

LTC6804采用一根非常適合于模塊之間通信的高度堅(jiān)固的兩線式總線(isoSPI總線)，確保BMS測(cè)量結(jié)果無誤差地進(jìn)行傳送，從而能夠就每節(jié)電池的充電、放電和電荷平衡做出正確的決策。另外，LTC6804還允許將其GPIO引腳配置為I2C或SPI總線，因而能夠訪問一個(gè)存有模塊專用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的外部EEPROM。LTC6804的停機(jī)電流僅為4μA，因此可實(shí)現(xiàn)電池組的長(zhǎng)期貯存。

(5)故障檢測(cè)和安全。

LTC6804是高度成功的LTC680x系列中的第三代產(chǎn)品，其具有經(jīng)過證實(shí)的性能和可靠性。該器件擁有針對(duì)其內(nèi)部功能塊的豐富自測(cè)試功能，并利用一種導(dǎo)線開路檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)故障檢查。LTC6804能承受高達(dá)75V的電源電壓。此器件專為符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，符合優(yōu)良的BMS系統(tǒng)對(duì)故障檢測(cè)和安全性的要求。

凌力爾特的EV/HEV電池管理系統(tǒng)應(yīng)對(duì)之策

除了上文所述的優(yōu)秀BMS所必備的5大基本要素以外，EV/HEV電子產(chǎn)品面臨的最大挑戰(zhàn)是，彌補(bǔ)具有嚴(yán)苛要求的汽車環(huán)境和電池敏感性之間的差距。電池管理系統(tǒng)的高安全、高能量存儲(chǔ)、長(zhǎng)續(xù)航、低成本、低干擾要求給凌力爾特帶來了新的挑戰(zhàn)。事實(shí)上，面對(duì)這些挑戰(zhàn)，Brian Black給工程師朋友分享了在EV/HEV的電池系統(tǒng)管理、EMI以及電池續(xù)航問題上的應(yīng)對(duì)策略。

(1)如何做好系統(tǒng)層面的電池系統(tǒng)的管理?

應(yīng)對(duì)做好系統(tǒng)層面電池系統(tǒng)管理問題，Brian Black表示，由于電池測(cè)量是在局部進(jìn)行的，因此模塊化電池系統(tǒng)需采用分布式測(cè)量電子線路。盡管是物理分布型，但電池組卻是作為單一系統(tǒng)進(jìn)行管理。這要求將此類測(cè)量結(jié)果無誤差地傳送至一個(gè)中央處理器，由后者就電池充電、放電和電荷平衡做出決策。BMS設(shè)計(jì)師在模塊之間的電纜上進(jìn)行大電流注入(BCI)測(cè)試以模擬存在噪聲的汽車環(huán)境，從而評(píng)估數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于EMI的敏感度。BMS IC應(yīng)采用一種可于存在噪聲和進(jìn)行BCI測(cè)試的情況下保持可靠性的通信方法。BMS IC為實(shí)現(xiàn)模塊化系統(tǒng)而應(yīng)該做的其他事情包括支持與其他系統(tǒng)組件(比如：用于存儲(chǔ)局部校準(zhǔn)和模塊專用信息的 EEPROM)的局部通信，并提供非常低的睡眠電流以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期模塊貯存。[!--empirenews.page--]

(2)如何解決日益復(fù)雜的電磁干擾問題?

由于EV/HEV環(huán)境內(nèi)部固有的顯著EMI會(huì)破壞模塊之間的通信，并可能大幅降低BMS測(cè)量準(zhǔn)確度。

Brian Black強(qiáng)調(diào)，為了在存在EV/HEV噪聲的情況下實(shí)現(xiàn)模塊之間的堅(jiān)固通信，凌力爾特的LTC6804采用了一個(gè)新型兩線式isoSPI接口。該接口成功地通過了嚴(yán)苛的BCI測(cè)試，從而為針對(duì)互連設(shè)備采用隔離式CAN提供一種有著具優(yōu)良的抗EMI性能的替代方案。此外，isoSPI接口簡(jiǎn)單的差分拓?fù)溥€可確保EMC很低。

此外，不同于許多同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品采用速度快得多的SAR型ADC轉(zhuǎn)換器，LTC6804內(nèi)置ΔΣADC，這樣能使其在存在EV/HEV噪聲的情況下提供高準(zhǔn)確度的電池測(cè)量。由于這些ΔΣ轉(zhuǎn)換器具有內(nèi)置的三階低通濾波電路。在汽車環(huán)境中，運(yùn)用ΔΣ方法可在測(cè)量系統(tǒng)中提供有效的降噪。LTC6804的 ΔΣADC采用不同的拐角頻率(從27kHz至26Hz)進(jìn)行運(yùn)作，能達(dá)到優(yōu)化速度和降低噪聲的目的?？傊趹?yīng)對(duì)電磁干擾問題上，凌力爾特的 LTC6804能做到獨(dú)當(dāng)一面。

(3)如何最大限度延長(zhǎng)電池的續(xù)航時(shí)間?

電池的續(xù)航問題是EV/HEV最受關(guān)注的問題之一。電池制造商獨(dú)立地從事新型電池存儲(chǔ)技術(shù)(例如：不同的電池化學(xué)組成)的開發(fā)，力求實(shí)現(xiàn)更好的堅(jiān)固性、安全性、能量密度和功率密度。

Brian Black表示，憑借0V至5V的全標(biāo)度測(cè)量范圍，LTC6804能夠與多種電池化學(xué)組成以及超級(jí)電容器和燃料電池配合運(yùn)作。對(duì)于長(zhǎng)串電池，LTC6804可通過在漫長(zhǎng)的時(shí)間、寬廣的溫度范圍和各種不同的操作條件下提供非常精準(zhǔn)的測(cè)量，以幫助提供此類電池組的全部可用電能。精準(zhǔn)的電池電壓測(cè)量能夠減小所需的保護(hù)帶，而且與采用不太準(zhǔn)確的測(cè)量相比，允許使用的電池總?cè)萘堪俜直葘⒏蟆?/p>

總結(jié)

新能源汽車是朝陽(yáng)行業(yè)，未來具有很大的發(fā)展空間。隨著越來越多的EV/HEV進(jìn)入市場(chǎng)，電池管理系統(tǒng)的需求量的日益上升，勢(shì)必促進(jìn)電池管理技術(shù)的快速發(fā)展以及功能的逐漸完善。作為EV/HEV的關(guān)鍵，電池管理系統(tǒng)是設(shè)計(jì)者需要重點(diǎn)考慮的問題。諸如LTC6804等尖端測(cè)量器件是鋰離子電池系統(tǒng)取得成功所必不可少的。不僅需要這類器件來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量，而且這些器件必須能在非常艱難的條件下長(zhǎng)期可靠工作。今天，凌力爾特的LTC6804已經(jīng)通過跑在路上的汽車證明，上述看法是正確的。毫無疑問，在明天的汽車市場(chǎng)上，LTC6804無疑將繼續(xù) LTC6803的輝煌。

關(guān)于Brian Black

Brian Black是凌力爾特公司信號(hào)調(diào)理產(chǎn)品部的產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理，他負(fù)責(zé)所有放大器、比較器、振蕩器、基準(zhǔn)、濾波器和電源管理產(chǎn)品。Brian在凌力爾特、ADI 和英特爾公司擔(dān)任過不同的工程、市場(chǎng)及管理職務(wù)。他在美國(guó)楊百翰大學(xué)獲電子工程學(xué)士學(xué)位，并在美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)獲得了電子工程碩士學(xué)位與管理學(xué) 碩士學(xué)位。