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| 凌力爾特電池管理問答 |
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| 文章來源：凌力爾特公司產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Brian Black 更新時(shí)間：2013/7/23 12:38:00 |
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1. 一個(gè)好的電池管理系統(tǒng)應(yīng)涵括哪些方面？
一個(gè)優(yōu)良的 BMS 必需具備以下要素：
(a) 可在存在噪聲的情況下于漫長(zhǎng)的使用期限和寬廣的工作溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的電壓測(cè)量。
準(zhǔn)確測(cè)量個(gè)別電池的電壓對(duì)于最大限度地延長(zhǎng)電池組的總壽命和車輛的行駛里程是非常重要的。每個(gè)個(gè)別電池的電荷狀態(tài)通過測(cè)量其電壓來跟蹤，但新型電池化學(xué)組成具有非常平坦的放電曲線，這就要求進(jìn)行精密和準(zhǔn)確的測(cè)量。出于安全性和壽命的考慮，BMS 系統(tǒng)將把其電池單元的操作范圍限制在其總?cè)萘康哪骋环謹(jǐn)?shù) (比如：20% 至 80%)，以避免出現(xiàn)過度充電和過度放電的情況。如果采用一個(gè)不太準(zhǔn)確的測(cè)量系統(tǒng)，那么將要求系統(tǒng)為這種測(cè)量提供“保護(hù)帶”，以確保各節(jié)電池的電壓處在可接受的范圍之內(nèi)。汽車環(huán)境容易遭受嚴(yán)酷的條件，溫度和濕度隨時(shí)都在變化之中。負(fù)責(zé)把取自電池組的電能傳輸至電機(jī)的逆變器會(huì)產(chǎn)生一種噪聲環(huán)境，因而使測(cè)量系統(tǒng)面臨著更多的困難。
(b) 測(cè)量其他參數(shù) (例如：電流和溫度) 的能力。
為了及時(shí)跟蹤電池組的健康狀態(tài)，可將電壓測(cè)量與電流和溫度測(cè)量結(jié)合起來，而電流和溫度測(cè)量也必須準(zhǔn)確，并與電壓測(cè)量相同步。
(c) 支持電池電荷平衡。
隨著時(shí)間的推移，電池容量的細(xì)微差異和電池的老化將導(dǎo)致電池變至失衡狀態(tài)。BMS采用被動(dòng)和主動(dòng)電池電荷平衡方法以平衡各節(jié)電池的電壓。
(d) 穩(wěn)健的通信和針對(duì)模塊化設(shè)計(jì)的支持。
BMS 測(cè)量結(jié)果必須無誤差地進(jìn)行傳送，以便能夠就每節(jié)電池的充電、放電和電荷平衡做出正確的決策。對(duì)于那些將電池組分配至不同位置的模塊化系統(tǒng)，這會(huì)是非常棘手的難題，因?yàn)槟K之間的電纜上很容易存在感應(yīng)噪聲。
(e) 故障檢測(cè)和安全。
優(yōu)良的 BMS 系統(tǒng)將時(shí)時(shí)檢查那些會(huì)引起測(cè)量誤差和其他電池組問題的故障模式。其設(shè)計(jì)方式應(yīng)使任何誤差都可被檢測(cè)出來，而且不會(huì)引發(fā)安全問題。
2. 電動(dòng)車的電池模塊分布不同位置，在系統(tǒng)層面，如何做好電池系統(tǒng)的管理？
由于電池測(cè)量是在局部進(jìn)行的，因此模塊化電池系統(tǒng)需采用分布式測(cè)量電子線路。盡管是物理分布型，但電池組卻是作為單一系統(tǒng)進(jìn)行管理。這要求將此類測(cè)量結(jié)果無誤差地傳送至一個(gè)中央處理器，由后者就電池充電、放電和電荷平衡做出決策。BMS 設(shè)計(jì)師在模塊之間的電纜上進(jìn)行大電流注入 (BCI) 測(cè)試以模擬存在噪聲的汽車環(huán)境，從而評(píng)估數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于 EMI 的敏感度。BMS IC 應(yīng)采用一種可于存在噪聲和進(jìn)行 BCI 測(cè)試的情況下保持可靠性的通信方法。BMS IC 為實(shí)現(xiàn)模塊化系統(tǒng)而應(yīng)該做的其他事情包括支持與其他系統(tǒng)組件 (比如：用于存儲(chǔ)局部校準(zhǔn)和模塊專用信息的 EEPROM) 的局部通信，并提供非常低的睡眠電流以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期模塊貯存。
3. 如何解決日益復(fù)雜的電磁干擾問題？
EV/HEV 環(huán)境內(nèi)部固有的顯著 EMI 會(huì)破壞模塊之間的通信，并可能大幅降低 BMS 測(cè)量準(zhǔn)確度。為了在存在 EV/HEV 噪聲的情況下實(shí)現(xiàn)模塊之間的堅(jiān)固通信，凌力爾特的 LTC6804 采用了一個(gè)新型兩線式 isoSPI™ 接口。該 isoSPI 接口采用單根低成本雙絞線來提供 BMS IC 和主機(jī)之間的通信。其通信速率可高達(dá) 1Msps，并支持長(zhǎng)達(dá) 100m 的電纜長(zhǎng)度。isoSPI 發(fā)送功率可針對(duì)不同的速度和距離要求輕松調(diào)節(jié)。isoSPI 接口成功地通過了嚴(yán)苛的 BCI 測(cè)試，從而為針對(duì)互連設(shè)備采用隔離式 CAN 提供了一種具優(yōu)良抗 EMI 性能的替代方案。此外，isoSPI 接口簡(jiǎn)單的差分拓?fù)溥�可確保 EMC 固有地很低。每個(gè) LTC6804 中都內(nèi)置了 isoSPI 接口。一個(gè)配套的 LTC6820 isoSPI 接口可用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn) SPI 串行數(shù)據(jù)與 isoSPI 之間的變換，從而允許將 isoSPI 擴(kuò)展至一個(gè)遠(yuǎn)端微處理器。
為了在存在 EV/HEV 噪聲的情況下提供高準(zhǔn)確度的電池測(cè)量，LTC6804 內(nèi)置了 ΔΣ ADC，而不是像許多同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品那樣采用速度快得多的 SAR 型 ADC 轉(zhuǎn)換器。這些 ΔΣ 轉(zhuǎn)換器具有內(nèi)置的三階低通濾波電路。在汽車環(huán)境中，運(yùn)用 ΔΣ 方法可在測(cè)量系統(tǒng)中提供有效的降噪。為了優(yōu)化速度和降低噪聲，LTC6804 的 ΔΣ ADC 能夠采用不同的拐角頻率 (從 27kHz 至 26Hz) 進(jìn)行運(yùn)作。這使得用戶能夠?yàn)槠湎到y(tǒng)選擇最佳的濾波和 ADC 速度組合。
4. 與其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，凌力爾特的電池管理的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在哪些方面？
LTC6804 提供了業(yè)界最佳的精度、穩(wěn)定性、出色的靈活性和針對(duì)主動(dòng)與被動(dòng)電池電荷平衡的支持、堅(jiān)固的低成本通信、以及豐富的故障檢測(cè)功能。
(a) 可在存在噪聲的情況下于漫長(zhǎng)的使用期限和寬廣的工作溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的電壓測(cè)量。
LTC6804 在其整個(gè)溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了 0.04% 的最大測(cè)量準(zhǔn)確度。這種性能水平是通過采用一個(gè)高精度的掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的，該基準(zhǔn)還最大限度地減小了隨時(shí)間及不斷變化的環(huán)境條件 (比如：濕度和溫度) 而發(fā)生的漂移。我們的測(cè)試結(jié)果顯示：LTC6804 的熱遲滯性能優(yōu)于采用帶隙電壓基準(zhǔn)的器件至少達(dá) 5 倍以上。LTC6804 采用了一個(gè)高精度 16 位 ΔΣ ADC，用以對(duì)電池電壓及溫度、電流和其他輔助輸入測(cè)量進(jìn)行數(shù)字化處理。該器件具有一個(gè)內(nèi)置的三階 FIR 濾波器和多種設(shè)置，可提供 6 種不同的速度-拐角頻率選項(xiàng)。
(b) 測(cè)量其他參數(shù) (例如：電流和溫度) 的能力。
LTC6804 具有 5 個(gè)通用的數(shù)字 I/O 或模擬輸入引腳。這些引腳可用于測(cè)量諸如溫度等其他參數(shù)。另外，還可把當(dāng)中的一些引腳配置為 SPI 或 I2C 總線 I/O，以用于訪問 EEPROM、主動(dòng)電池電荷平衡 IC 或其他的可尋址器件。
(c) 支持電池電荷平衡。
LTC6804 具有支持被動(dòng)電池電荷平衡的內(nèi)部開關(guān)。其亦可與 LTC3300 相連接以適合主動(dòng)電池電荷平衡應(yīng)用。
(d) 穩(wěn)健的通信和針對(duì)模塊化設(shè)計(jì)的支持。
如上文所述，LTC6804 采用了一根高度堅(jiān)固的兩線式總線，這種被稱為 isoSPI 的總線非常適合于模塊之間的通信。另外，LTC6804 還允許將其 GPIO 引腳配置為 I2C 或 SPI 總線，因而能夠訪問一個(gè)存有模塊專用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的外部 EEPROM。LTC6804 的停機(jī)電流僅為 4μA，因此可實(shí)現(xiàn)電池組的長(zhǎng)期貯存。
(e) 故障檢測(cè)和安全。
LTC6804 是高度成功的 LTC680x 系列中的第三代產(chǎn)品，其具有經(jīng)過證實(shí)的性能和可靠性。該器件擁有針對(duì)其內(nèi)部功能塊的豐富自測(cè)試功能，并利用一種導(dǎo)線開路檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)故障檢查。LTC6804 能承受高達(dá) 75V 的電源電壓。此器件專為符合 ISO26262 標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。
5. 在當(dāng)前電池未能取得突破的狀況下，凌力爾特在電池管理方面有何策略最大限度延長(zhǎng)電池的續(xù)航時(shí)間？
電池制造商獨(dú)立地從事新型電池存儲(chǔ)技術(shù) (例如：不同的電池化學(xué)組成) 的開發(fā)，力求實(shí)現(xiàn)更好的堅(jiān)固性、安全性、能量密度和功率密度。憑借 0V 至 5V 的全標(biāo)度測(cè)量范圍，LTC6804 能夠與多種電池化學(xué)組成以及超級(jí)電容器和燃料電池配合運(yùn)作。對(duì)于長(zhǎng)串電池，LTC6804 可通過在漫長(zhǎng)的時(shí)間、寬廣的溫度范圍和各種不同的操作條件下提供非常精準(zhǔn)的測(cè)量，以幫助提供此類電池組的全部可用電能。精準(zhǔn)的電池電壓測(cè)量能夠減小所需的保護(hù)帶，而且與采用不太準(zhǔn)確的測(cè)量相比，允許使用的電池總?cè)萘堪俜直葘⒏?/font> |
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