凌力尔特专家：如何使用电子设备来改善电动汽车的电池性能

作者：凌力尔特信号调理产品设计经理Mike Kultgen电子电气混合动力汽车是提高电池性能和安全性的关键。

集成电路设计领域的新技术使电池组设计人员能够进一步提高锂离子电池的性能。

更高的测量精度，更强大的数据链路以及电池容量的主动电荷平衡，都有助于降低成本，延长驱动周期并加快充电速度。

典型的电池组框图（图1）由几组串联的锂离子电池组成，它们的测量和平衡由高压模拟集成电路完成。

这些模拟前端（AFE）IC执行艰巨的任务，即测量每个电池的电压，电流和温度，并将数据传递到控制电路。

控制器使用电池数据来计算电池组的充电状态和运行状况。

控制器可以命令前端IC对某些电池充电或放电，以维持电池组中的平衡充电状态。

图1：电池组框图更高的精度意味着更低的成本模拟前端IC的测量精度直接影响系统成本。

需要精确的测量以实现有用的荷电状态（SOC）计算。

为了获得长寿命，电池组通常在20％到80％的SOC之间工作。

如果SOC计算中存在5％的不确定性，则必须将电池组的尺寸增加5％，这将导致电池成本的显着增加。

为16kW-hr电池组增加5％的容量，成本约为360欧元（460美元）。

改进SOC计算以实现1％的误差意味着每个电池组可以节省约300欧元（385美元）。

电池电压测量是SOC算法的关键要素。

在测量3.3V LiFePO4（磷酸铁锂）电池时，IC电源和电池组开发人员已将注意力集中在总测量误差为1mV的规格上。

对于价格为480欧元（615美元）的Fluke-289手持式万用表之类的实验室设备，测量3.3V至1mV的电压是司空见惯的。

AFE IC必须以1/100的成本提供相同的性能，并且必须在汽车环境中连续工作15年。

只有极少数的IC技术可以实现这一目标。

现实世界中的准确性哪种IC技术最适合电池测量？可以从图2中的误差分析（典型AFE IC的框图）中获得答案。

多路复用器（MUX）模块选择串联连接的12个电池中的一个。

通过关闭“ S”和“ S”来将电池电压存储在电容器上。

转变。

打开＆amp; ldquo; S＆amp; rdquo;开关，然后关闭“ T”转变。

电池两端的电压将被传输到ADC。

该“飞跨电容器”包括一个电容器。

该解决方案消除了顶部电池中33V的大共模电压，并保持3.3V的差分电压。

模数转换器（ADC）将电池电压与其参考电压进行比较，并产生与VCELL和VREF之比成比例的数字结果。

图2：典型的模拟前端IC如果开关的阻抗太大而无法在短采样时间内对电容器充电，则MUX和飞跨电容器可能会引入测量误差。

精心设计的开关电容器可以消除该误差项。

ADC通过模拟到数字的转换也可能由于设备失配而引入错误。

其次，精心设计和器件微调相结合可以减少ADC引起的误差。

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