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，愛特梅爾增加了一個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。這個校準步驟將調節曲率的形狀和位置，并顯著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%。注意第二個校準步驟可以檢測和顯示出具有截然不同的曲線形狀的離群點。

圖5 包含溫度偏移的電壓測量精度

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

愛特梅爾則開發出了一種新穎的方法，能以盡量少的額外成本來執行第二個測試步驟。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。這些要求都會提高測試成本。愛特梅爾的專有技術充分利用BM單元本身具有的特性，把測試設備要求降至最低：通過精確的外部基準電壓，利用板上ADC來執行測量；利用CPU來執行必須的計算任務；以及利用閃存來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。通過這種方法，愛特梅爾便能夠以極低的額外測試成本來提供業界領先的性能。

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時，電壓測量便會決定什么時候關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，實際電池容量的利用率也會越高。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，測量誤差的主要來源是基準電壓漂移。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的不確定性。如圖5所示，曲率補償可顯著提高精度。

結語
要最大限度地使用電池每次充電后的能量，盡量延長電池組的壽命，同時又不犧牲電池組的安全性，高的測量精度至關重要。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，通過能夠充分利用MCU板上資源的靈活新穎的校準技術，便可以最小成本實現良好的基準，消除溫度的影響。

圖6所示為32小時內，一個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，在這個例子中相當于10Ah電池的4%以上。愛特梅爾的解決方案由于采用了整合有專有校準方法的靈活模擬設計，能夠大大提高精度。基于這些改進，誤差可被降至20mAh以下，相當于0.2%。