基于锂电池检测的精密电流检测放大器设计

在穿越世界各地的城市时，不可能不注意到混合动力电动汽车 (HEV) 和电动汽车 (EV) 的出现。随着汽车市场中 HEV 和 EV 的快速增长，电池管理等系统变得重要。

以我们手机的电池为例。我们会不断检查其状态，以确保我们可以全天使用手机。现在将其转化为汽车，想象一下这些信息变得多么重要。

有多种电流传感技术可以监控 HEV 或 EV 电池的状态。解决方案因电池的电压和容量而异。如图 1 所示，我们可以在两个主要位置测量电流：堆栈顶部（高端感应）和堆栈底部（低端感应）。

图 1：电池管理系统中的堆栈顶部与堆栈底部

通常，典型的混合动力和电动汽车电池管理系统(BMS)可以有高电压和低电压子系统。一般是低压分系统是指负责的12v到48v系统用于管理动力系统，照明，空调和信息娱乐系统。负载电流可以变化很大程度上取决于操作条件车辆。为了准确测量电流超过宽动态范围，精密电流检测放大器(CSA)在温度下是稳定的可取的。CSA可以配置为任意高侧或低侧的BMS系统。在目前的电动汽车中的电池为 400 V-800 V。在这样的系统中，在执行堆栈顶部电流测量时，隔离电流传感解决方案是首选。

TI 为隔离式电流检测提供了多种选择。DRV425 是一种集成磁通门传感器集成电路，当成对使用时，可用于高精度母线测量。TI 还提供了一系列隔离式电流检测放大器 ，可以监控高压电池组顶部的分流器。

EV 系统中的堆栈底部电流感测以及 48-V/12-V HEV 系统中的高侧和低侧电流感测通常不需要隔离电流感测。 

多年来，电流检测放大器已在用于电流和功率测量的应用中实现。这些简单且经济实惠的解决方案使设计人员能够以出色的线性度和精度为闭环电路实现实时过流保护、系统优化和电流测量。 

根据系统要求和设计人员的偏好，所需的电流检测放大器类型会有所不同。TI 提供具有共模范围、失调电压、增益误差和漂移选项的广泛电流检测放大器产品组合。对于 HEV/EV 电池管理系统，选择具有模拟或数字输出的电流检测放大器可能很重要。

如图 2 左侧所示，具有模拟输出的电流检测放大器集成了增益设置电阻器，并根据在分流器两端测得的差分电压将放大信号发送到单端模数转换器 (ADC)电阻器。对于模拟输出电流检测放大器，分流电阻的值取决于满量程输出、最大输入电流和增益。最小电流受限于分流器的值和器件的失调电压。ADC 参考将是一个额外的误差源，需要在信号路径中进行评估。虽然具有模拟输出的电流检测放大器仍然高度准确并广泛用于电池管理系统，但具有数字输出的电流检测放大器可能会提供额外的价值。

TI 的数字输出电流检测放大器（如图 2 右侧所示）集成了一个专门的 delta-sigma ADC，无需放大输入信号即可最大化 ADC 跨分流电阻器的满量程输入范围。由于采用 delta-sigma 架构，数字输出设备具有较低的输入失调电压，从而能够在低电流下进行更高精度的测量。因此，我们可以使用较小值的分流电阻器来提高系统效率。

图 2：模拟与数字输出电流检测放大器

电池管理系统等电流测量应用需要电流检测放大器提供强大的性能。TI 的电流检测放大器产品组合涵盖了从宽共模范围、低失调电压和小增益误差等多种需求。混合动力汽车和电动汽车BMS子系统的电流传感面对大动态范围的挑战。数字高精度电流检测放大器，具有超低漂移可以大大提高整体性能的同时减少系统的复杂性。