全面完善系统功能，EV/HEV电池管理设计更周全

随着节能减排成为全球关注的焦点，电动汽车及混合动力汽车(EV/HEV)在21世纪取得跨越性的发展。电池管理作为电动车的设计关键，是工程师需要重点考虑的问题。电池管理产品不断配合行业发展趋势，帮助设计人员提升性能、降低功耗、提高可靠性等，在实现节能方面发挥着积极的作用。

电动车的蓬勃发展及远大前景，促进了电池及其管理技术的发展，世界各大汽车公司纷纷投巨资并采取结盟的方式研究各种类型的电池。电池管理系统作为电池系统的重要组成部分，肩负着优化电池使用和延长电池寿命的重要职责。在电动汽车发展的同时，电池管理技术也取得了长足的进步。为了满足电动汽车的实际运行需求，电池管理系统在功能、可靠性、实用性、安全性等方面都做出了重要努力。

凌力尔特加码电池管理 EV/HEV应用优势尽显

图 凌力尔特公司信号调理产品部产品市场经理 Brian Black

凌力尔特公司信号调理产品部产品市场经理Brian Black通过详细介绍一款应用在EV/HEV上的电池管理产品LTC6804及其竞争优势为我们展示一个好的电池管理系统( BMS )应具备的5个基本要素。

Brian Black强调，LTC6804提供了业界最佳的精度、稳定性、出色的灵活性和针对主动与被动电池电荷平衡的支持、坚固的低成本通信以及丰富的故障检测功能。相比竞争对手而言，LTC6804的产品优势主要体现在以下几个方面：

(1)可在存在噪声的情况下于漫长的使用期限和宽广的工作温度范围内实现精准的电压测量;

Brian Black强调，LTC6804在整个工作温度范围内实现0.04%的最大测量准确度，这对最大限度地延长电池组的总寿命和车辆的行驶里程至关重要。测试结果显示：LTC6804的热迟滞性能优于采用带隙电压基准的器件至少达 5 倍以上。LTC6804采用了一个高精度16位ΔΣADC，用以对电池电压及温度、电流和其他辅助输入测量进行数字化处理。该器件具有一个内置的三阶 FIR滤波器和多种设置，可提供6种不同的速度-拐角频率选项。

(2)测量其他参数(例如：电流和温度)的能力;

通过及时测量电压、电流和温度，能及时跟踪电池组的健康状态。LTC6804具有5个通用的数字I/O或模拟输入引脚。而这些引脚可用于测量诸如温度等其他参数。另外，还可把当中的一些引脚配置为SPI或I2C总线I/O，以用于访问EEPROM、主动电池电荷平衡IC或其他的可寻址器件。

(3)支持电池电荷平衡;

LTC6804具有支持被动电池电荷平衡的内部开关，其亦可与LTC3300相连接以适合主动电池电荷平衡应用，从而解决由电池容量的细微差异和电池的老化而导致的电池变至失衡的状态。

(4)稳健的通信和针对模块化设计的支持;

LTC6804采用一根非常适合于模块之间通信的高度坚固的两线式总线(isoSPI总线)，确保BMS测量结果无误差地进行传送，从而能够就每节电池的充电、放电和电荷平衡做出正确的决策。另外，LTC6804还允许将其GPIO引脚配置为I2C或SPI总线，因而能够访问一个存有模块专用校准数据的外部EEPROM。LTC6804的停机电流仅为4μA，因此可实现电池组的长期贮存。

(5)故障检测和安全。

LTC6804是高度成功的LTC680x系列中的第三代产品，其具有经过证实的性能和可靠性。该器件拥有针对其内部功能块的丰富自测试功能，并利用一种导线开路检测功能实现了系统故障检查。LTC6804能承受高达75V的电源电压。此器件专为符合ISO 26262标准的系统而设计，符合优良的BMS系统对故障检测和安全性的要求。

凌力尔特的EV/HEV电池管理系统应对之策

除了上文所述的优秀BMS所必备的5大基本要素以外，EV/HEV电子产品面临的最大挑战是，弥补具有严苛要求的汽车环境和电池敏感性之间的差距。电池管理系统的高安全、高能量存储、长续航、低成本、低干扰要求给凌力尔特带来了新的挑战。事实上，面对这些挑战，Brian Black给工程师朋友分享了在EV/HEV的电池系统管理、EMI以及电池续航问题上的应对策略。

(1)如何做好系统层面的电池系统的管理?

应对做好系统层面电池系统管理问题，Brian Black表示，由于电池测量是在局部进行的，因此模块化电池系统需采用分布式测量电子线路。尽管是物理分布型，但电池组却是作为单一系统进行管理。这要求将此类测量结果无误差地传送至一个中央处理器，由后者就电池充电、放电和电荷平衡做出决策。BMS设计师在模块之间的电缆上进行大电流注入(BCI)测试以模拟存在噪声的汽车环境，从而评估数据传输对于EMI的敏感度。BMS IC应采用一种可于存在噪声和进行BCI测试的情况下保持可靠性的通信方法。BMS IC为实现模块化系统而应该做的其他事情包括支持与其他系统组件(比如：用于存储局部校准和模块专用信息的 EEPROM)的局部通信，并提供非常低的睡眠电流以实现长期模块贮存。[!--empirenews.page--]

(2)如何解决日益复杂的电磁干扰问题?

由于EV/HEV环境内部固有的显著EMI会破坏模块之间的通信，并可能大幅降低BMS测量准确度。

Brian Black强调，为了在存在EV/HEV噪声的情况下实现模块之间的坚固通信，凌力尔特的LTC6804采用了一个新型两线式isoSPI接口。该接口成功地通过了严苛的BCI测试，从而为针对互连设备采用隔离式CAN提供一种有着具优良的抗EMI性能的替代方案。此外，isoSPI接口简单的差分拓扑还可确保EMC很低。

此外，不同于许多同类竞争产品采用速度快得多的SAR型ADC转换器，LTC6804内置ΔΣADC，这样能使其在存在EV/HEV噪声的情况下提供高准确度的电池测量。由于这些ΔΣ转换器具有内置的三阶低通滤波电路。在汽车环境中，运用ΔΣ方法可在测量系统中提供有效的降噪。LTC6804的 ΔΣADC采用不同的拐角频率(从27kHz至26Hz)进行运作，能达到优化速度和降低噪声的目的。总之，在应对电磁干扰问题上，凌力尔特的 LTC6804能做到独当一面。

(3)如何最大限度延长电池的续航时间?

电池的续航问题是EV/HEV最受关注的问题之一。电池制造商独立地从事新型电池存储技术(例如：不同的电池化学组成)的开发，力求实现更好的坚固性、安全性、能量密度和功率密度。

Brian Black表示，凭借0V至5V的全标度测量范围，LTC6804能够与多种电池化学组成以及超级电容器和燃料电池配合运作。对于长串电池，LTC6804可通过在漫长的时间、宽广的温度范围和各种不同的操作条件下提供非常精准的测量，以帮助提供此类电池组的全部可用电能。精准的电池电压测量能够减小所需的保护带，而且与采用不太准确的测量相比，允许使用的电池总容量百分比将更大。

总结

新能源汽车是朝阳行业，未来具有很大的发展空间。随着越来越多的EV/HEV进入市场，电池管理系统的需求量的日益上升，势必促进电池管理技术的快速发展以及功能的逐渐完善。作为EV/HEV的关键，电池管理系统是设计者需要重点考虑的问题。诸如LTC6804等尖端测量器件是锂离子电池系统取得成功所必不可少的。不仅需要这类器件来实现准确测量，而且这些器件必须能在非常艰难的条件下长期可靠工作。今天，凌力尔特的LTC6804已经通过跑在路上的汽车证明，上述看法是正确的。毫无疑问，在明天的汽车市场上，LTC6804无疑将继续 LTC6803的辉煌。

关于Brian Black

Brian Black是凌力尔特公司信号调理产品部的产品市场经理，他负责所有放大器、比较器、振荡器、基准、滤波器和电源管理产品。Brian在凌力尔特、ADI 和英特尔公司担任过不同的工程、市场及管理职务。他在美国杨百翰大学获电子工程学士学位，并在美国麻省理工学院(MIT)获得了电子工程硕士学位与管理学 硕士学位。