電池管理應用中精確測量和溫度穩定的重要性

新穎的基準電壓校準方法
為了在各種溫度變化下獲得更好的性能，愛(ài)特梅爾增加了一個(gè)額外的基準電壓校準機制，用以調節帶隙基準源的溫度系數。這個(gè)校準步驟將調節曲率的形狀和位置，并顯著(zhù)改善隨溫度變化的穩定性，如圖4所示，在-20～+85℃溫度范圍內的最大變化是0.5%。注意第二個(gè)校準步驟可以檢測和顯示出具有截然不同的曲線(xiàn)形狀的離群點(diǎn)。

圖5 包含溫度偏移的電壓測量精度

基于生產(chǎn)測試成本因素，一般情況下BM器件是不執行第二個(gè)校準步驟的。因為行業(yè)規范是只在一個(gè)溫度下測試封裝器件，而第二次校準則需要在兩個(gè)溫度下對封裝器件進(jìn)行精確的模擬測試，所以加入具有高模擬精度要求的第二個(gè)測試步驟通常都會(huì )大幅度增加成本。

愛(ài)特梅爾則開(kāi)發(fā)出了一種新穎的方法，能以盡量少的額外成本來(lái)執行第二個(gè)測試步驟。傳統上，第二步測試需要高精度測量設備和復雜的計算操作。此外，對每一個(gè)待測器件，第一步測試的數據必須存儲，然后在第二步測試中恢復。這些要求都會(huì )提高測試成本。愛(ài)特梅爾的專(zhuān)有技術(shù)充分利用BM單元本身具有的特性，把測試設備要求降至最低：通過(guò)精確的外部基準電壓，利用板上ADC來(lái)執行測量；利用CPU來(lái)執行必須的計算任務(wù)；以及利用閃存來(lái)存儲第一步的測量數據。因此，只要利用成本非常低的測試設備便可以獲得精度極高的結果。通過(guò)這種方法，愛(ài)特梅爾便能夠以極低的額外測試成本來(lái)提供業(yè)界領(lǐng)先的性能。

圖6 基于電流測量精度的電量計精度結果

帶溫度偏移的電壓測量精度
當電池達到完全放電或完全充電狀態(tài)時(shí)，電壓測量便會(huì )決定什么時(shí)候關(guān)斷應用或停止對電池充電。因為最大和最小電池電壓的安全考量都是不能打折扣的，故須內置一個(gè)保護帶(guard band)，以確保所有情況下都能安全工作。電壓測量精度越高，需要的保護帶便越小，實(shí)際電池容量的利用率也會(huì )越高。在給定的電壓和溫度下，電壓測量可被校準，而該條件下的電壓測量誤差將極小。當考慮到溫度偏移時(shí)，測量誤差的主要來(lái)源是基準電壓漂移。圖5顯示了使用標準基準電壓相比曲率補償基準電壓所帶來(lái)的不確定性。如圖5所示，曲率補償可顯著(zhù)提高精度。

結語(yǔ)
要最大限度地使用電池每次充電后的能量，盡量延長(cháng)電池組的壽命，同時(shí)又不犧牲電池組的安全性，高的測量精度至關(guān)重要。為了避免增加校準成本，BMU的固有精度必須盡可能地高。此外，通過(guò)能夠充分利用MCU板上資源的靈活新穎的校準技術(shù)，便可以最小成本實(shí)現良好的基準，消除溫度的影響。

圖6所示為32小時(shí)內，一個(gè)10Ah電池的放電周期，分別是3h/1.5A，7h/0.6A，以及22h/60mA。溫度變化為±10℃，使用的是5mΩ的感測電阻。采用帶普通校準方法的標準BMU，電荷積聚中的誤差大于400mAh，在這個(gè)例子中相當于10Ah電池的4%以上。愛(ài)特梅爾的解決方案由于采用了整合有專(zhuān)有校準方法的靈活模擬設計，能夠大大提高精度?；谶@些改進(jìn)，誤差可被降至20mAh以下，相當于0.2%。