混合動力 / 電動型汽車的電池管理挑戰

最近，電池技術的進步已經在汽車市場實現了一些最令人振奮的創新，因此產生了一代又一代最新電動型汽車 (EV) 和混合動力/ 電動型汽車 (HEV)。諸如能量存儲系統 (ESS) 等最新應用也開始出現，這對于能量如何產生、分配及存儲帶來了革命性的改變。使這類系統的設計師面臨著巨大的成本、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) 起著決定性作用。BMS 的核心是電池監視集成電路 (IC)。這種 IC 用來測量單個電池的電壓，以確定充電狀態和電池組健康狀況。

電池監視器 IC 最關鍵的特性是準確度、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。過度充電可能引起安全性和可靠性問題，而過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”，以抵御過壓和欠壓影響，因此限制了汽車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、開關、繼電器等導致瞬態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 個電壓高達 4.2V 和串聯連接的電池

理想情況下，一個電池組會分成多個較小的模塊，這些模塊分布在汽車各處，以實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電氣噪聲以及物理條件非常嚴酷的環境中傳達敏感的測量數據。CANbus 本來是用來在嚴酷的汽車環境中提供可靠通信，但是原始 BMS 數據的吞吐量要求以及組件成本一直使 CANbus 無法用于電動型汽車和混合動力 / 電動型汽車中。由于這個原因，凌力爾特開發了 isoSPI? 接口，可通過長達 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，再加上一些類似于以太網中所用的那類纖巧變壓器和一個平衡線對，就可提供高達 1Mbps 的數據速率，而不會產生與 CANbus 有關的成本問題。isoSPI 接口為無誤差傳輸而設計，同時能夠通過嚴格的大電流注入 (BCI) 干擾測試。實際上，在凌力爾特公司進行的測試顯示，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公司進行的測試得到了同樣的結果，因此 isoSPI 鏈路用于汽車底盤束線布線是完全合格的。

安全性是電動型汽車制造商的頭等大事。隨著電子組件越來越廣泛地用于汽車中，人們也越來越關注這些組件的工作對安全性的影響。凌力爾特多年來一直是大型汽車客戶的供應商，并致力于不斷改進已經非常卓越的產品質量和可靠性。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、看門狗定時器、以及通信誤差檢測和矯正功能。

隨著電動型汽車和混合動力 / 電動型汽車日益流行，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 在這些方面的關鍵作用，汽車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。