高精度電池測量為電池管理增添了實(shí)際價(jià)值

測量準(zhǔn)確度的意義并不局限于主動(dòng)平衡。由該例可知，4% 的 SOC 差異將轉(zhuǎn)化為一個(gè)超過 6.6% 的容量變化 (注 3)。對(duì)于容量下降 20% 之后即達(dá)到其壽命末期的汽車電池而言，這就是重大的不可恢復(fù)容量。更重要的是，電池容量的變化是反映其健康狀況的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，而未察覺的容量變化則有可能是一個(gè)嚴(yán)重的問題。

當(dāng)考慮這個(gè)簡單例子以外的復(fù)雜狀況時(shí)，電池測量準(zhǔn)確度的重要性就變得更加清楚了。例如：大多數(shù)電池組都存在連續(xù)的容量變化，并具有更加細(xì)微和難以檢測的 SOC 偏差。而且，電池在開始放電時(shí)不太可能都處于 80% SOC，因而或許會(huì)進(jìn)一步掩蓋容量的變化。另外，應(yīng)注意到 SOC 計(jì)算需要多個(gè)參數(shù)，這一點(diǎn)也是很重要的。這些其他參數(shù)的測量誤差并未減低對(duì)于準(zhǔn)確電池電壓測量的要求。相反，犧牲電池測量準(zhǔn)確度將很可能展寬電池壽命的分布。

電池監(jiān)視器內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)是測量誤差的主要決定因素。電壓基準(zhǔn)中的任何變化都將直接導(dǎo)致電池測量準(zhǔn)確度的下降。目前這一代電池監(jiān)視器依靠的是帶隙電壓基準(zhǔn)。理論上講，帶隙基準(zhǔn)非常適合于整合到復(fù)雜的集成電路 (比如：電池組監(jiān)視器) 之中，因?yàn)樗鼈冎恍铇O少的芯片空間、低功率和低裕量電壓。然而，帶隙基準(zhǔn)對(duì)于機(jī)械應(yīng)力、IR 回流焊和濕度很敏感，因而會(huì)導(dǎo)致熱遲滯和長期漂移。對(duì)于那些需要在 15 年以上的時(shí)間里保持非常高準(zhǔn)確度的高精度儀表，有一種更好的選擇。最新的電池監(jiān)視器 (例如：凌力爾特的 LTC6804) 內(nèi)置了一個(gè)掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)。掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)可在整個(gè)時(shí)間和工作條件下提供出色的長期穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。運(yùn)用這種方法，LTC6804 能夠保證一個(gè)低于 1.2mV 的電池電壓總測量誤差。

電池監(jiān)視器的準(zhǔn)確度并非限制在測量本身的準(zhǔn)確度。必需對(duì)汽車環(huán)境中電池測量加以考慮，這里存在著大量由逆變器、執(zhí)行器、開關(guān)和繼電器等所引起的電噪聲和瞬變。此類噪聲嵌入在電池信號(hào)之內(nèi)，而在重視準(zhǔn)確度的場合中必須消除該噪聲。通過在每節(jié)電池上布設(shè)一個(gè) RC 濾波器可實(shí)現(xiàn)適度的降噪;而由于成本和電路板空間的原因，在每節(jié)電池上使用一個(gè)較高階的濾波器電路是不切實(shí)際的。通過對(duì)來自每次信號(hào)測量的多個(gè)樣本進(jìn)行處理，可以消除適量的噪聲;鑒于電池?cái)?shù)量眾多，故需將海量數(shù)據(jù)傳送至一個(gè)中央處理器，因而使得這種方法同樣不具備實(shí)用性。一種實(shí)用而有效的解決方案是消除電池監(jiān)視器內(nèi)部的噪聲。例如：凌力爾特的 LTC6804 采用了具內(nèi)置三階噪聲濾波功能電路的增量-累加 (ΔΣ) 型 ADC。這一點(diǎn)與寬帶 SAR ADC 是截然不同的，后者的快速采集對(duì)于被噪聲損壞的信號(hào)其數(shù)值有限 (注 4)。為了優(yōu)化速度和降噪性能，LTC6804 的 ΔΣ ADC 能采用不同的拐角頻率 (范圍從 27kHz 至 26Hz) 運(yùn)作。對(duì)于汽車環(huán)境而言，采用 ΔΣ ADC 的方法是相當(dāng)有效的。

隨著大功率電池系統(tǒng)不斷地向主流產(chǎn)品邁進(jìn)，對(duì)于電池監(jiān)視電子產(chǎn)品的需求也將日益迫切。汽車只會(huì)提供嚴(yán)酷惡劣的使用環(huán)境，同時(shí)要求盡可能高的性能與可靠性。為了實(shí)現(xiàn)期望的行駛里程、可靠性和安全性，就必需周密地考慮造成性能損失的每一種不起眼的源頭。如欲獲取所有的可用電能，則需要運(yùn)用諸如電池電荷主動(dòng)平衡等尖端技術(shù)。此外，還需要實(shí)施盡可能準(zhǔn)確和穩(wěn)定的電池電壓測量。

注 1: 電池~外容量等于 (0.6/0.56) – 1

注 2: 為獲得最大效率，應(yīng)在需要的時(shí)候采用主動(dòng)平衡。完全保持在 SOC 限制范圍內(nèi)的系統(tǒng)所需的主動(dòng)平衡將遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于接近限值運(yùn)作的系統(tǒng)。

注 3: 對(duì)于一個(gè) 22% 至 78% 的 SOC 范圍 (保護(hù)帶范圍)，0.066 = (0.04/0.60)。

注 4: SAR 轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)簡單的片內(nèi)平均處理，但平均處理具有不良的濾波器特性。