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| 凌力爾特電池管理問答 |
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| 文章來源：凌力爾特公司產品市場經理Brian Black 更新時間：2013/7/23 12:38:00 |
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1. 一個好的電池管理系統應涵括哪些方面？
一個優良的 BMS 必需具備以下要素：
(a) 可在存在噪聲的情況下于漫長的使用期限和寬廣的工作溫度范圍內實現精準的電壓測量。
準確測量個別電池的電壓對于最大限度地延長電池組的總壽命和車輛的行駛里程是非常重要的。每個個別電池的電荷狀態通過測量其電壓來跟蹤，但新型電池化學組成具有非常平坦的放電曲線，這就要求進行精密和準確的測量。出于安全性和壽命的考慮，BMS 系統將把其電池單元的操作范圍限制在其總容量的某一分數 (比如：20% 至 80%)，以避免出現過度充電和過度放電的情況。如果采用一個不太準確的測量系統，那么將要求系統為這種測量提供“保護帶”，以確保各節電池的電壓處在可接受的范圍之內。汽車環境容易遭受嚴酷的條件，溫度和濕度隨時都在變化之中。負責把取自電池組的電能傳輸至電機的逆變器會產生一種噪聲環境，因而使測量系統面臨著更多的困難。
(b) 測量其他參數 (例如：電流和溫度) 的能力。
為了及時跟蹤電池組的健康狀態，可將電壓測量與電流和溫度測量結合起來，而電流和溫度測量也必須準確，并與電壓測量相同步。
(c) 支持電池電荷平衡。
隨著時間的推移，電池容量的細微差異和電池的老化將導致電池變至失衡狀態。BMS采用被動和主動電池電荷平衡方法以平衡各節電池的電壓。
(d) 穩健的通信和針對模塊化設計的支持。
BMS 測量結果必須無誤差地進行傳送，以便能夠就每節電池的充電、放電和電荷平衡做出正確的決策。對于那些將電池組分配至不同位置的模塊化系統，這會是非常棘手的難題，因為模塊之間的電纜上很容易存在感應噪聲。
(e) 故障檢測和安全。
優良的 BMS 系統將時時檢查那些會引起測量誤差和其他電池組問題的故障模式。其設計方式應使任何誤差都可被檢測出來，而且不會引發安全問題。
2. 電動車的電池模塊分布不同位置，在系統層面，如何做好電池系統的管理？
由于電池測量是在局部進行的，因此模塊化電池系統需采用分布式測量電子線路。盡管是物理分布型，但電池組卻是作為單一系統進行管理。這要求將此類測量結果無誤差地傳送至一個中央處理器，由后者就電池充電、放電和電荷平衡做出決策。BMS 設計師在模塊之間的電纜上進行大電流注入 (BCI) 測試以模擬存在噪聲的汽車環境，從而評估數據傳輸對于 EMI 的敏感度。BMS IC 應采用一種可于存在噪聲和進行 BCI 測試的情況下保持可靠性的通信方法。BMS IC 為實現模塊化系統而應該做的其他事情包括支持與其他系統組件 (比如：用于存儲局部校準和模塊專用信息的 EEPROM) 的局部通信，并提供非常低的睡眠電流以實現長期模塊貯存。
3. 如何解決日益復雜的電磁干擾問題？
EV/HEV 環境內部固有的顯著 EMI 會破壞模塊之間的通信，并可能大幅降低 BMS 測量準確度。為了在存在 EV/HEV 噪聲的情況下實現模塊之間的堅固通信，凌力爾特的 LTC6804 采用了一個新型兩線式 isoSPI™ 接口。該 isoSPI 接口采用單根低成本雙絞線來提供 BMS IC 和主機之間的通信。其通信速率可高達 1Msps，并支持長達 100m 的電纜長度。isoSPI 發送功率可針對不同的速度和距離要求輕松調節。isoSPI 接口成功地通過了嚴苛的 BCI 測試，從而為針對互連設備采用隔離式 CAN 提供了一種具優良抗 EMI 性能的替代方案。此外，isoSPI 接口簡單的差分拓撲還可確保 EMC 固有地很低。每個 LTC6804 中都內置了 isoSPI 接口。一個配套的 LTC6820 isoSPI 接口可用于實現標準 SPI 串行數據與 isoSPI 之間的變換，從而允許將 isoSPI 擴展至一個遠端微處理器。
為了在存在 EV/HEV 噪聲的情況下提供高準確度的電池測量，LTC6804 內置了 ΔΣ ADC，而不是像許多同類競爭產品那樣采用速度快得多的 SAR 型 ADC 轉換器。這些 ΔΣ 轉換器具有內置的三階低通濾波電路。在汽車環境中，運用 ΔΣ 方法可在測量系統中提供有效的降噪。為了優化速度和降低噪聲，LTC6804 的 ΔΣ ADC 能夠采用不同的拐角頻率 (從 27kHz 至 26Hz) 進行運作。這使得用戶能夠為其系統選擇最佳的濾波和 ADC 速度組合。
4. 與其他競爭對手相比，凌力爾特的電池管理的產品優勢體現在哪些方面？
LTC6804 提供了業界最佳的精度、穩定性、出色的靈活性和針對主動與被動電池電荷平衡的支持、堅固的低成本通信、以及豐富的故障檢測功能。
(a) 可在存在噪聲的情況下于漫長的使用期限和寬廣的工作溫度范圍內實現精準的電壓測量。
LTC6804 在其整個溫度范圍內實現了 0.04% 的最大測量準確度。這種性能水平是通過采用一個高精度的掩埋式齊納電壓基準實現的，該基準還最大限度地減小了隨時間及不斷變化的環境條件 (比如：濕度和溫度) 而發生的漂移。我們的測試結果顯示：LTC6804 的熱遲滯性能優于采用帶隙電壓基準的器件至少達 5 倍以上。LTC6804 采用了一個高精度 16 位 ΔΣ ADC，用以對電池電壓及溫度、電流和其他輔助輸入測量進行數字化處理。該器件具有一個內置的三階 FIR 濾波器和多種設置，可提供 6 種不同的速度-拐角頻率選項。
(b) 測量其他參數 (例如：電流和溫度) 的能力。
LTC6804 具有 5 個通用的數字 I/O 或模擬輸入引腳。這些引腳可用于測量諸如溫度等其他參數。另外，還可把當中的一些引腳配置為 SPI 或 I2C 總線 I/O，以用于訪問 EEPROM、主動電池電荷平衡 IC 或其他的可尋址器件。
(c) 支持電池電荷平衡。
LTC6804 具有支持被動電池電荷平衡的內部開關。其亦可與 LTC3300 相連接以適合主動電池電荷平衡應用。
(d) 穩健的通信和針對模塊化設計的支持。
如上文所述，LTC6804 采用了一根高度堅固的兩線式總線，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，因而能夠訪問一個存有模塊專用校準數據的外部 EEPROM。LTC6804 的停機電流僅為 4μA，因此可實現電池組的長期貯存。
(e) 故障檢測和安全。
LTC6804 是高度成功的 LTC680x 系列中的第三代產品，其具有經過證實的性能和可靠性。該器件擁有針對其內部功能塊的豐富自測試功能，并利用一種導線開路檢測功能實現了系統故障檢查。LTC6804 能承受高達 75V 的電源電壓。此器件專為符合 ISO26262 標準的系統而設計。
5. 在當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電池的續航時間？
電池制造商獨立地從事新型電池存儲技術 (例如：不同的電池化學組成) 的開發，力求實現更好的堅固性、安全性、能量密度和功率密度。憑借 0V 至 5V 的全標度測量范圍，LTC6804 能夠與多種電池化學組成以及超級電容器和燃料電池配合運作。對于長串電池，LTC6804 可通過在漫長的時間、寬廣的溫度范圍和各種不同的操作條件下提供非常精準的測量，以幫助提供此類電池組的全部可用電能。精準的電池電壓測量能夠減小所需的保護帶，而且與采用不太準確的測量相比，允許使用的電池總容量百分比將更大 |
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