凌力尔特:精准测量助新能源汽车削减电池成本

近年混合动力汽车已经成为市场关注的焦点，他的最重要组成部分电池也是其价格高企的“祸根”。以每千瓦时600美元计算，5千瓦时的电池组成本就高达3000美元。如何降低电池组成本，除了提升电池本身的技术之外，电池管理、控制系统的提升也必不可少。

凌力尔特作为老牌的电源IC供应商，近期推出的LTC6804高电压电池组监视器 IC就为减少混合动力汽车电池组成本提供了一个新的解决思路。

凌力尔特信号调理产品部产品市场经理Brian Black 

凌力尔特信号调理产品部产品市场经理Brian Black对21ic记者介绍说：“LTC6804 能以 16 位分辨率和优于 0.04% 的准确度来测量 12 节高达 4.2V 的串联连接电池。利用一个亚表面齐纳电压基准 (类似于高精度仪表中所使用的基准)，可在整个时间、温度和工作条件下保持高精度。而一般的电源监视IC精度仅能达到2.5%。LTC6804更高的精度可以有效减少电池组成本。”
那么更高的监视精度是如何减少混合动力汽车电池组成本的呢？

如果期望锂离子电池长时间地可靠运行，就必需对其给予大量的看护。不能让它们工作到其电荷状态 (SOC) 的极端状态。锂离子电池的容量会随着时间的推移和使用而逐渐减少和消耗，因此必须对系统中的每一节电池进行管理，使之保持在一个受限的 SOC 之内。

Brian Black表示，如果把SOC 范围限制在 20%——80% (理论容量的 60%)。假定一般的电源监视IC SOC 测量误差 = 2.5%。则“保护间隔”要求把实测 SOC 限制在 22.5%~77.5% (理论容量的 55%)。那么补充“损失”的 5% 需要增加 9.1% 的电池容量 (5% ÷ 55% = 9.1%)。如果以每千瓦时600美元计算，$600/kWh x 5kWh x 9.1% = 每辆车高达 273 美元。

如果采用准确度高达0.04%的LTC6804，那么这“多余”的273美元完全可以被削减为零。可见更高精度的电池监视IC将直接降低整个电池组的成本，混合动力汽车整体成本也将随之下降。

LTC6804达到如此之高的精度，主要得益于其电压基准技术。

在现在电池监视 IC 中，由电压基准所造成的电池测量误差通常是最大的。误差源来自初始准确度、温度漂移、热迟滞和长期漂移。迟滞指的是热循环时在基准中引起的一个偏移电压。最有影响的热事件发生在焊接过程中。

电池监视器的电流产生依赖于带隙电压基准。在过去的 10 年中，带隙基准因其低功耗、低压差电压和小尺寸而得到了广泛的使用。然而，带隙基准电压对于机械应力很敏感。在集成电路中，机械应力是由塑料封装和铜引线框架的膨胀和收缩 (因机械应变、湿度和温度变化所致) 而引起的。例如：在 PCB 装配过程中，电子电路将遭受来自焊接工艺处理的多次热冲击，而电压基准则会经历热迟滞。

Brian Black指出：“利用一个掩埋式齐纳电压基准 (类似于高精度仪表中所使用的那种基准)，LTC6804 可在整个时间、温度和工作条件下保持精度。我们的测试结果表明：与同类竞争器件 (包括我们的 LTC6802 和 LTC6803) 相比，LTC6804 的热迟滞性能至少改善了 5 倍。”

LTC6804 测量误差与温度的关系曲线

正是由于采用了掩埋式齐纳电压基准，凌力尔特的KTC6804才实现了如此之高的测量精度。

除了采用更好的电压基准之外，LTC6804 的高精度还和其自带的双通道 16 位 ADC 有关。凭借 100μV 的分辨率，LTC6804 能在 290μs 的时间里完成系统中所有电池的电压测量。另外，还提供了用于测量外部模拟信号的通用 I/O 信号。规定的测量范围为 0V 至 5V，因而可适应多种电池化学组成，包括锂离子、镍氢 (NiMH) 和超级电容器。

LTC6804除了应用在混合动力汽车之外，还可以广泛应用于其他高压、堆叠式电池系统的高压电池监视，比如机器人、不间断电源、后备电源、风能/太阳能贮存等领域。