電池管理應(yīng)用中精確測量和溫度穩(wěn)定的重要性

新穎的基準(zhǔn)電壓校準(zhǔn)方法
為了在各種溫度變化下獲得更好的性能，愛特梅爾增加了一個額外的基準(zhǔn)電壓校準(zhǔn)機(jī)制，用以調(diào)節(jié)帶隙基準(zhǔn)源的溫度系數(shù)。這個校準(zhǔn)步驟將調(diào)節(jié)曲率的形狀和位置，并顯著改善隨溫度變化的穩(wěn)定性，如圖4所示，在-20～+85℃溫度范圍內(nèi)的最大變化是0.5%。注意第二個校準(zhǔn)步驟可以檢測和顯示出具有截然不同的曲線形狀的離群點。

圖5 包含溫度偏移的電壓測量精度

基于生產(chǎn)測試成本因素，一般情況下BM器件是不執(zhí)行第二個校準(zhǔn)步驟的。因為行業(yè)規(guī)范是只在一個溫度下測試封裝器件，而第二次校準(zhǔn)則需要在兩個溫度下對封裝器件進(jìn)行精確的模擬測試，所以加入具有高模擬精度要求的第二個測試步驟通常都會大幅度增加成本。

愛特梅爾則開發(fā)出了一種新穎的方法，能以盡量少的額外成本來執(zhí)行第二個測試步驟。傳統(tǒng)上，第二步測試需要高精度測量設(shè)備和復(fù)雜的計算操作。此外，對每一個待測器件，第一步測試的數(shù)據(jù)必須存儲，然后在第二步測試中恢復(fù)。這些要求都會提高測試成本。愛特梅爾的專有技術(shù)充分利用BM單元本身具有的特性，把測試設(shè)備要求降至最低：通過精確的外部基準(zhǔn)電壓，利用板上ADC來執(zhí)行測量；利用CPU來執(zhí)行必須的計算任務(wù)；以及利用閃存來存儲第一步的測量數(shù)據(jù)。因此，只要利用成本非常低的測試設(shè)備便可以獲得精度極高的結(jié)果。通過這種方法，愛特梅爾便能夠以極低的額外測試成本來提供業(yè)界領(lǐng)先的性能。

圖6 基于電流測量精度的電量計精度結(jié)果

帶溫度偏移的電壓測量精度
當(dāng)電池達(dá)到完全放電或完全充電狀態(tài)時，電壓測量便會決定什么時候關(guān)斷應(yīng)用或停止對電池充電。因為最大和最小電池電壓的安全考量都是不能打折扣的，故須內(nèi)置一個保護(hù)帶(guard band)，以確保所有情況下都能安全工作。電壓測量精度越高，需要的保護(hù)帶便越小，實際電池容量的利用率也會越高。在給定的電壓和溫度下，電壓測量可被校準(zhǔn)，而該條件下的電壓測量誤差將極小。當(dāng)考慮到溫度偏移時，測量誤差的主要來源是基準(zhǔn)電壓漂移。圖5顯示了使用標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓相比曲率補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓所帶來的不確定性。如圖5所示，曲率補(bǔ)償可顯著提高精度。

結(jié)語
要最大限度地使用電池每次充電后的能量，盡量延長電池組的壽命，同時又不犧牲電池組的安全性，高的測量精度至關(guān)重要。為了避免增加校準(zhǔn)成本，BMU的固有精度必須盡可能地高。此外，通過能夠充分利用MCU板上資源的靈活新穎的校準(zhǔn)技術(shù)，便可以最小成本實現(xiàn)良好的基準(zhǔn)，消除溫度的影響。

圖6所示為32小時內(nèi)，一個10Ah電池的放電周期，分別是3h/1.5A，7h/0.6A，以及22h/60mA。溫度變化為±10℃，使用的是5mΩ的感測電阻。采用帶普通校準(zhǔn)方法的標(biāo)準(zhǔn)BMU，電荷積聚中的誤差大于400mAh，在這個例子中相當(dāng)于10Ah電池的4%以上。愛特梅爾的解決方案由于采用了整合有專有校準(zhǔn)方法的靈活模擬設(shè)計，能夠大大提高精度。基于這些改進(jìn)，誤差可被降至20mAh以下，相當(dāng)于0.2%。