電池管理應用中精確測量和溫度穩定的重要性

鋰離子電池由于擁有能量密度高、電壓高、自放電率低，以及無(wú)記憶效應等優(yōu)勢，因而逐漸成為使用充電電池的便攜應用產(chǎn)品的常用技術(shù)。

電池管理的常見(jiàn)難題
在選擇鋰離子電池時(shí)，必須對之予以正確管理，以實(shí)現安全工作，并獲得每循環(huán)周期最高容量和最長(cháng)壽命，而通常采用的方法就是加入電池管理單元(BMU)。要實(shí)現安全工作，BMU就必須能夠確保電池單元在電壓、溫度和電流方面經(jīng)常處于其生產(chǎn)規格之內。這意味著(zhù)在設計電池管理系統時(shí)，必須能夠考慮到最壞條件。以充電端電壓為例，標準筆記本電池的建議單元電壓為4.25V以下。為保持單元電壓不超過(guò)上限，一般都會(huì )建議先取得BMU中的電壓測量標準偏差，并用充電端電壓減去4倍的標準偏差值。例如，若BMU測得該電壓為4.25V，而標準偏差為12.5mV，則立即指示在4.2V處停止充電。然而，這就與獲得電池單元最大容量的目的直接沖突。因為充電電壓越高，容量也就越大。同樣，當電池超出推薦的充電截止電壓(EOCV)和放電截止電壓(EODV)時(shí)，電池的磨損最大，所以要延長(cháng)電池壽命，就需要盡量避免過(guò)高的充電電壓和過(guò)低的放電電壓。

精確測量的重要性
精確的電壓測量精度能夠定義電池所需的EOCV 和 EODV安全裕度(safety margin)。測量越精確，保持在推薦限值之內所需的安全裕度越小。于是，電壓測量越精確，充電和放電就越能夠接近推薦的EOCV 和 EODV值，而無(wú)須犧牲安全性，也不需冒著(zhù)電池容量過(guò)早衰減的風(fēng)險。所以，電荷流的測量精度對保證電荷計算精度來(lái)說(shuō)也是十分關(guān)鍵的。

必須考慮到溫度偏移
在固定溫度下獲得良好的測量精度并不困難，若在裝配電池組時(shí)已對BMU進(jìn)行了校準便更容易。但實(shí)際情況中，電池組通常都會(huì )經(jīng)受各種溫度變化，所以溫度漂移是區分真正高性能BMU和普通BMU的關(guān)鍵參數。
在溫度變化時(shí)實(shí)現高電壓測量精度的關(guān)鍵參數是ADC增益漂移 (gain drift)和基準電壓漂移(voltage reference drift)。對于4200 mV的電壓，電壓測量值偏移量一般小于3μV，在實(shí)際設計中，這是可忽略不計的。
要精確測量電荷流(charge flow)，還要考慮到眾多其他參數，以盡可能地減小感測電阻上的電壓降。校準后的ADC偏移量、ADC零點(diǎn)漂移、ADC增益漂移、基準電壓漂移和時(shí)基漂移，都對精度有著(zhù)重大影響。對于小電流來(lái)說(shuō)，與偏移量有關(guān)的參數最重要；而在電流較大的情況下，增益誤差、基準電壓和時(shí)基則開(kāi)始成為主要影響因素。

溫度偏移可以通過(guò)對若干個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行校準來(lái)做出一定程度上補償，不過(guò)這種方案成本高昂，通常不為大多數電池組生產(chǎn)商采納。因此，一個(gè)好的BMU必須具有最小的溫度偏移，而且電池組設計人員必須考慮到BMU的最壞變化情況，以確保設計的安全性。

電流測量：電量計精度的基礎
要實(shí)現良好的鋰離子電池電量計，最有效方法是精確跟蹤電池內外的電荷流。在一定程度上，可利用適當的電壓測量來(lái)補償因開(kāi)路電壓(OCV)和充電狀態(tài)(SoC)之間因恒定關(guān)系引起的電荷流誤差。一些最先進(jìn)的鋰離子電池具有非常平坦的電壓特性，這使得利用OCV測量來(lái)校正電流測量誤差更加困難。而只要電壓測量有一點(diǎn)小小誤差，就可能導致SoC計算的重大偏差。所以，只有確保出色的電流測量和精確的時(shí)基才能獲得最佳精度。

圖1采用標準偏移校準方法進(jìn)行校準之后的典型偏移量