可延长混合动力车之锂电池寿命的电池组监视器.PDF

可延長混合動力車之鋰電池壽命的電池組監視器 凌力爾特公司 Michael Kultgen / Jon Munson 引言 電池技術的改良，最有希望讓全球的汽車都變成混合動力或全電動汽車 。在目前所有電池技 術中 ，鋰電池組可提供最高的能量密度 ，但高效能並不能僅僅依靠設計來達成。在實際應用 中，電池管理系統 (BMS) 對鋰離子電池的壽命和效能有重要影響 ，甚至比電池本身的設計 影響更大 。就電動汽車 (EV) 和混合動力車 (HEV) 中常見的大型電池組而言，LTC6802 多 顆電池組監視器是電池管理系統的核心 。其堅固的設計和高準確度有助於保證昂貴電池組的 效能和壽命 。 例如 ，為達到15 年 、5000 次充電週期的目標 ，僅僅一部分 (如 40%) 電池組的電池容量被 使用 。當然 ，僅使用 40% 的容量本質上降低了電池組的能量密度。但問題是 ：延長電池壽 命與使用盡可能輕的電池 ，本身就互相矛盾 ，電動汽車中最昂貴的零組件就是電池 。因此 ， 面對 200A 的峰值充電和放電電流 ，只有精心設計的電池管理系統才能最大限度地提高電池 的效能和最大限度地延長電池的壽命 。 可最佳化鋰電池續航力和壽命的電池管理系統 在任何電池組中 ，越準確瞭解每顆電池的電荷狀態 (SOC) ，能使用的電池容量就越多 ，同時 能最大幅度地延長電池壽命 。在筆記型電腦中 ，電量監測是透過兩個途徑完成的 ：監視電池 電壓 ；計算進出由4 至8 顆電池組成的電池組的庫侖量 。在一個可靠的演算法中 ，全面考慮 了電壓、電流 、時間和溫度 ，以顯示電荷狀態。但要計算出一輛汽車的庫侖量幾乎是不可能 的。電池驅動的是一台電動機 ，而不是主板 ，因此它必須處理200A 的電流尖峰 ，以及隨之 而來的低位準空閒狀態 。此外 ，你有 96 至 200 個串聯在一起的電池 ，每 10 個或 12 個一 組 。這些電池以不同的速度老化 ，它們是來自不同的製造批次 ，溫度範圍各不相同 。它們的 容量不斷偏離 。就算庫侖量相同 ，不同電池的充電水準也可能大相徑庭 。 這就是電池管理系統專注於電池電壓的原因。如果你能準確測量出每顆電池的電壓 ，那麼你 就能比較準確地知道電池的電荷狀態 (見圖 1) 。訣竅是 ，透過考量溫度對電池等效串聯電阻 (ESR) 和容量的影響來提高電壓測量準確度 。透過持續測量每顆電池的電壓 ，你能持續估算 每顆電池的充電量 。如果發生某些電池過充電而另外一些充電不足 ，則可透過放電 (被動平 衡) 或重新分配電荷 (主動平衡) 進行平衡。 1 圖 1 ：典型鋰離子電池的電荷狀態隨電流和溫度的變化 提高電池效能 、降低成本的關鍵 : 準確的監視 LTC6802 (見圖2) 是一個精準的資料獲取IC ，其特別針對測量一長串串聯連接電池中的每 一顆電池的電壓而最佳化 。在電池管理系統中 ，LTC6802 提供重要的模擬功能 ，以向主處 理器傳遞數位電壓和溫度測量值 ，以進行電荷狀態計算。LTC6802 的高準確度、卓越的雜 訊抑制 、高電壓門檻以及廣泛的自診斷功能使其堅固且易於使用。與分散式零組件資料擷取 設計相比 ，高度整合對客戶而言 ，意味著成本的大量節省 。 圖2 ：LTC6802 的簡化方框圖