隨著節(jié)能減排成為全球關注的焦點，電動汽車及混合動力汽車(EV/HEV)在21世紀取得跨越性的發(fā)展。電池管理作為電動車的設計關鍵，是工程師需要重點考慮的問題。電池管理產品不斷配合行業(yè)發(fā)展趨勢，幫助設計人員提升性能、降低功耗、提高可靠性等，在實現節(jié)能方面發(fā)揮著積極的作用。
電動車的蓬勃發(fā)展及遠大前景，促進了電池及其管理技術的發(fā)展，世界各大汽車公司紛紛投巨資并采取結盟的方式研究各種類型的電池。電池管理系統作為電池系統的重要組成部分，肩負著優(yōu)化電池使用和延長電池壽命的重要職責。在電動汽車發(fā)展的同時，電池管理技術也取得了長足的進步。為了滿足電動汽車的實際運行需求，電池管理系統在功能、可靠性、實用性、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應用優(yōu)勢盡顯
圖 凌力爾特公司信號調理產品部產品市場經理 Brian Black
凌力爾特公司信號調理產品部產品市場經理Brian Black通過詳細介紹一款應用在EV/HEV上的電池管理產品LTC6804及其競爭優(yōu)勢為我們展示一個好的電池管理系統( BMS )應具備的5個基本要素。
Brian Black強調，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主動與被動電池電荷平衡的支持、堅固的低成本通信以及豐富的故障檢測功能。相比競爭對手而言，LTC6804的產品優(yōu)勢主要體現在以下幾個方面：
(1)可在存在噪聲的情況下于漫長的使用期限和寬廣的工作溫度范圍內實現精準的電壓測量;
Brian Black強調，LTC6804在整個工作溫度范圍內實現0.04%的最大測量準確度，這對最大限度地延長電池組的總壽命和車輛的行駛里程至關重要。測試結果顯示：LTC6804的熱遲滯性能優(yōu)于采用帶隙電壓基準的器件至少達 5 倍以上。LTC6804采用了一個高精度16位ΔΣADC，用以對電池電壓及溫度、電流和其他輔助輸入測量進行數字化處理。該器件具有一個內置的三階 FIR濾波器和多種設置，可提供6種不同的速度-拐角頻率選項。
(2)測量其他參數(例如：電流和溫度)的能力;
通過及時測量電壓、電流和溫度，能及時跟蹤電池組的健康狀態(tài)。LTC6804具有5個通用的數字I/O或模擬輸入引腳。而這些引腳可用于測量諸如溫度等其他參數。另外，還可把當中的一些引腳配置為SPI或I2C總線I/O，以用于訪問EEPROM、主動電池電荷平衡IC或其他的可尋址器件。
(3)支持電池電荷平衡;
LTC6804具有支持被動電池電荷平衡的內部開關，其亦可與LTC3300相連接以適合主動電池電荷平衡應用，從而解決由電池容量的細微差異和電池的老化而導致的電池變至失衡的狀態(tài)。
(4)穩(wěn)健的通信和針對模塊化設計的支持;
LTC6804采用一根非常適合于模塊之間通信的高度堅固的兩線式總線(isoSPI總線)，確保BMS測量結果無誤差地進行傳送，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，因而能夠訪問一個存有模塊專用校準數據的外部EEPROM。LTC6804的停機電流僅為4μA，因此可實現電池組的長期貯存。
(5)故障檢測和安全。
LTC6804是高度成功的LTC680x系列中的第三代產品，其具有經過證實的性能和可靠性。該器件擁有針對其內部功能塊的豐富自測試功能，并利用一種導線開路檢測功能實現了系統故障檢查。LTC6804能承受高達75V的電源電壓。此器件專為符合ISO 26262標準的系統而設計，符合優(yōu)良的BMS系統對故障檢測和安全性的要求。
凌力爾特的EV/HEV電池管理系統應對之策
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電子產品面臨的最大挑戰(zhàn)是，彌補具有嚴苛要求的汽車環(huán)境和電池敏感性之間的差距。電池管理系統的高安全、高能量存儲、長續(xù)航、低成本、低干擾要求給凌力爾特帶來了新的挑戰(zhàn)。事實上，面對這些挑戰(zhàn)，Brian Black給工程師朋友分享了在EV/HEV的電池系統管理、EMI以及電池續(xù)航問題上的應對策略。
(1)如何做好系統層面的電池系統的管理?
應對做好系統層面電池系統管理問題，Brian Black表示，由于電池測量是在局部進行的，因此模塊化電池系統需采用分布式測量電子線路。盡管是物理分布型，但電池組卻是作為單一系統進行管理。這要求將此類測量結果無誤差地傳送至一個中央處理器，由后者就電池充電、放電和電荷平衡做出決策。BMS設計師在模塊之間的電纜上進行大電流注入(BCI)測試以模擬存在噪聲的汽車環(huán)境，從而評估數據傳輸對于EMI的敏感度。BMS IC應采用一種可于存在噪聲和進行BCI測試的情況下保持可靠性的通信方法。BMS IC為實現模塊化系統而應該做的其他事情包括支持與其他系統組件(比如：用于存儲局部校準和模塊專用信息的 EEPROM)的局部通信，并提供非常低的睡眠電流以實現長期模塊貯存。[!--empirenews.page--]
(2)如何解決日益復雜的電磁干擾問題?
由于EV/HEV環(huán)境內部固有的顯著EMI會破壞模塊之間的通信，并可能大幅降低BMS測量準確度。
Brian Black強調，為了在存在EV/HEV噪聲的情況下實現模塊之間的堅固通信，凌力爾特的LTC6804采用了一個新型兩線式isoSPI接口。該接口成功地通過了嚴苛的BCI測試，從而為針對互連設備采用隔離式CAN提供一種有著具優(yōu)良的抗EMI性能的替代方案。此外，isoSPI接口簡單的差分拓撲還可確保EMC很低。
此外，不同于許多同類競爭產品采用速度快得多的SAR型ADC轉換器，LTC6804內置ΔΣADC，這樣能使其在存在EV/HEV噪聲的情況下提供高準確度的電池測量。由于這些ΔΣ轉換器具有內置的三階低通濾波電路。在汽車環(huán)境中，運用ΔΣ方法可在測量系統中提供有效的降噪。LTC6804的 ΔΣADC采用不同的拐角頻率(從27kHz至26Hz)進行運作，能達到優(yōu)化速度和降低噪聲的目的?？傊?，在應對電磁干擾問題上，凌力爾特的 LTC6804能做到獨當一面。
(3)如何最大限度延長電池的續(xù)航時間?
電池的續(xù)航問題是EV/HEV最受關注的問題之一。電池制造商獨立地從事新型電池存儲技術(例如：不同的電池化學組成)的開發(fā)，力求實現更好的堅固性、安全性、能量密度和功率密度。
Brian Black表示，憑借0V至5V的全標度測量范圍，LTC6804能夠與多種電池化學組成以及超級電容器和燃料電池配合運作。對于長串電池，LTC6804可通過在漫長的時間、寬廣的溫度范圍和各種不同的操作條件下提供非常精準的測量，以幫助提供此類電池組的全部可用電能。精準的電池電壓測量能夠減小所需的保護帶，而且與采用不太準確的測量相比，允許使用的電池總容量百分比將更大。
總結
新能源汽車是朝陽行業(yè)，未來具有很大的發(fā)展空間。隨著越來越多的EV/HEV進入市場，電池管理系統的需求量的日益上升，勢必促進電池管理技術的快速發(fā)展以及功能的逐漸完善。作為EV/HEV的關鍵，電池管理系統是設計者需要重點考慮的問題。諸如LTC6804等尖端測量器件是鋰離子電池系統取得成功所必不可少的。不僅需要這類器件來實現準確測量，而且這些器件必須能在非常艱難的條件下長期可靠工作。今天，凌力爾特的LTC6804已經通過跑在路上的汽車證明，上述看法是正確的。毫無疑問，在明天的汽車市場上，LTC6804無疑將繼續(xù) LTC6803的輝煌。
關于Brian Black
Brian Black是凌力爾特公司信號調理產品部的產品市場經理，他負責所有放大器、比較器、振蕩器、基準、濾波器和電源管理產品。Brian在凌力爾特、ADI 和英特爾公司擔任過不同的工程、市場及管理職務。他在美國楊百翰大學獲電子工程學士學位，并在美國麻省理工學院(MIT)獲得了電子工程碩士學位與管理學 碩士學位。
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