混合動(dòng)力 / 電動(dòng)型汽車(chē)的電池管理挑戰

最近，電池技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)在汽車(chē)市場(chǎng)實(shí)現了一些最令人振奮的創(chuàng )新，因此產(chǎn)生了一代又一代最新電動(dòng)型汽車(chē) (EV) 和混合動(dòng)力/ 電動(dòng)型汽車(chē) (HEV)。諸如能量存儲系統 (ESS) 等最新應用也開(kāi)始出現，這對于能量如何產(chǎn)生、分配及存儲帶來(lái)了革命性的改變。使這類(lèi)系統的設計師面臨著(zhù)巨大的成本、設計靈活性、電池組可靠性和壽命以及安全性的挑戰。

電池組能否很好地應對每一種設計挑戰，電池管理系統 (BMS) 起著(zhù)決定性作用。BMS 的核心是電池監視集成電路 (IC)。這種 IC 用來(lái)測量單個(gè)電池的電壓，以確定充電狀態(tài)和電池組健康狀況。

電池監視器 IC 最關(guān)鍵的特性是準確度、數據可靠性及故障可檢測性。監視器 IC 的準確度直接影響系統成本、電池組可靠性及壽命。每節電池的容量都是有限的，必須仔細加以管理。過(guò)度充電可能引起安全性和可靠性問(wèn)題，而過(guò)度放電則可能影響電池的壽命。如果使用準確度不那么高的監視器 IC，就要求系統設計師采用較大的“保護帶”，以抵御過(guò)壓和欠壓影響，因此限制了汽車(chē)的總體可用電池容量。準確度較高的監視器 IC 可以更充分地利用每節電池的總容量，從而降低了電池組系統的總體成本。

為了隨時(shí)間和工作條件的變化提供最高準確度，凌力爾特在 LTC6804 電池監視器 IC (圖 1) 中采用了掩埋式齊納電壓基準。這可以保證電池電壓總體測量誤差低于 1.2mV。為了在電氣噪聲以及從逆變器、執行器、開(kāi)關(guān)、繼電器等導致瞬態(tài)存在的情況下保持最高準確度的測量，LTC6804 采用了內置三階噪聲濾波的增量累加 ADC。

圖 1：凌力爾特的 LTC6804 能夠以 16 位分辨率和好于 0.04% 的準確度測量多達 12 個(gè)電壓高達 4.2V 和串聯(lián)連接的電池

理想情況下，一個(gè)電池組會(huì )分成多個(gè)較小的模塊，這些模塊分布在汽車(chē)各處，以實(shí)現更高的設計靈活性和重量分布。挑戰是，這些電池模塊需要在充滿(mǎn)電氣噪聲以及物理條件非常嚴酷的環(huán)境中傳達敏感的測量數據。CANbus 本來(lái)是用來(lái)在嚴酷的汽車(chē)環(huán)境中提供可靠通信，但是原始 BMS 數據的吞吐量要求以及組件成本一直使 CANbus 無(wú)法用于電動(dòng)型汽車(chē)和混合動(dòng)力 / 電動(dòng)型汽車(chē)中。由于這個(gè)原因，凌力爾特開(kāi)發(fā)了 isoSPI? 接口，可通過(guò)長(cháng)達 100m 的電纜提供低成本可靠通信。LTC6804 內置的 isoSPI 接口與伴隨器件 LTC6820 isoSPI 通信接口 IC 一起，再加上一些類(lèi)似于以太網(wǎng)中所用的那類(lèi)纖巧變壓器和一個(gè)平衡線(xiàn)對，就可提供高達 1Mbps 的數據速率，而不會(huì )產(chǎn)生與 CANbus 有關(guān)的成本問(wèn)題。isoSPI 接口為無(wú)誤差傳輸而設計，同時(shí)能夠通過(guò)嚴格的大電流注入 (BCI) 干擾測試。實(shí)際上，在凌力爾特公司進(jìn)行的測試顯示，在超級嚴酷的 200mA BCI 情況下，所有性能都達到了測試標準，而且在幾家主要汽車(chē)公司進(jìn)行的測試得到了同樣的結果，因此 isoSPI 鏈路用于汽車(chē)底盤(pán)束線(xiàn)布線(xiàn)是完全合格的。

安全性是電動(dòng)型汽車(chē)制造商的頭等大事。隨著(zhù)電子組件越來(lái)越廣泛地用于汽車(chē)中，人們也越來(lái)越關(guān)注這些組件的工作對安全性的影響。凌力爾特多年來(lái)一直是大型汽車(chē)客戶(hù)的供應商，并致力于不斷改進(jìn)已經(jīng)非常卓越的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。此外，電池組設計師希望 IC 制造商提供全面的故障檢測。為保證汽車(chē)安全而設計的電池監視器符合 ISO26262 標準，并包括冗余電路、自測試功能、看門(mén)狗定時(shí)器、以及通信誤差檢測和矯正功能。

隨著(zhù)電動(dòng)型汽車(chē)和混合動(dòng)力 / 電動(dòng)型汽車(chē)日益流行，電池組系統設計師將致力于不斷降低成本、提高性能和安全性。由于認識到電池監視器 IC 在這些方面的關(guān)鍵作用，汽車(chē)設計師將采用可提供最高準確度、可靠性及最強故障檢測能力的 IC。