电池管理架构分析

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1、关键字：电动汽布混合动力电动汽〒EVHEVLTC6802用于电动汽乍(EV)和混合动力电动汽午(HEV)的电池技术已经获得了显著进步，不但电池能量密度己稳步提高，而且电池还能可靠地充电和放电数T次。如果设计工程师能有效利川这些技术进步，那么就成木、可靠性和寿命而言，电动汽车和混合动力电动汽车就有潜力与传统汽车竞争。一个电池规定的容量是指电池从100%充电状态到零充电状态所能提供的电量。充电到100%充电状态或放电到零充电状态会迅速缩短电池寿命，因此应该仔细管理电池以避免完全充电或完全放电状态。与工作在30%~7

2、0%的充电状态之间(利用40%的容量)相比，工作在10%充电状态到90%充电状态Z间(利川80%的规定容量)可以将电池的充电循环总次数减少到原來的1/3或更低。在有效电池容量和电池寿命之间进行平衡给电池系统设讣工程师带来了挑战。考虑询文捉到的利用40%容量与利用80%容量的情况。如來系统将电池为限制为仅使用其40%容量，以便使电池寿命延长到原來的3倍，那么电池尺寸必须增人1倍以获得与利用80%容量情况下一样多的可用容量。但这会使电池系统的重量和体积增大1倍，从而提高成本并降低效汽车制造商一般要求电池寿命超过10

3、年，对必需的nJ川电池容量做了规定。电池系统设计工程师面临的挑战是必须竭尽所能用最小的电池组实现最大的容量。为达到这个目标，电池系统必须采用精密的电了电路仔细控制和监视电池。电动汽车电池组系统电动汽车电池组山多个电池串联叠置组成。一个典型的电池组大约有96个电池，充电到4.2V的锂离子电池而言，这样的电池组可产牛超过400V的总电压。尽管汽车电源系统将电池组看作单个高压电池，毎次都对整个电池组进行充电和放电，但电池控制系统必须独立考虑每个电池的情况。如果电池纽屮的一个电池容量稍微低于其他电池，那么经过多个充电/

4、放电周期后，其充电状态将逐渐偏离-其它电池。如果这个电池的充电状态没有周期性地与其它电池平衡，那么它最终将进入深度放电状态，从而导致损坏，并最终形成电池纽故障。为防止这种情况发生，每个电池的电压都必须监视，以确定充电状态。此外，必须有一个装置il:电池单独充电或放电，以平衡这些电池的充电状态。图［:并行独立CAN模块。电池组监视系统的一个重要考虑因素是通信接口。就PC板内的通信而言，常丿1J的选项包括串行外设接口(SPI)总线、l2C总线，每种总线的通信开销都很低，适用于低干扰坏境。另一个选项是控制器局域网(C

5、AN)总线，这种总线在汽车应用中被广泛使用。CAN总线非常鲁棒，具有课差检测和故障容限特性，但是它的通信开销很人，材料成本也很高。尽管从电池系统到汽车主CAN总线的连接是值得要的，但在电池组内采用SPI或l2C通信是冇优势的。图2：具CAN网关的并行模块。凌力尔特公司(Linear)已经推出一款使电池系统设计工程师能够满足这些苛刻要求的器件丄TC6802是一个电池组监视器IC,能测量多达12个證置电池的电压。LTC6802还有内部开关，使电池可以单独放电，以便它们能与电池组中的其它电池进入平衡状态。为说明电池组

6、架构，考虑一个貝有96个锂离子电池的系统。这将需要8个LTC6802來监视整个电池组，其屮每个器件工作在不同的电压。当釆用4.2V锂离子电池吋，底端监视器件将跨接在12个电池上，电位调节范围为0~50.4V,下一组电池的电压范围为50.4V到100.8V,顺着电池组依此类推。这些器件Z间在不同的电压上进行通信带来了难以克服的挑战。人们已经考虑过多种方法，但由于汽车制造商优先考虑的重点不同，每种方法都有优点和缺点。.——开行独立CAN棋块a具CANM关的芥行梭块具CANfflXM单个®LIS摸块具CANRXm块L

7、TC6802在电也模块內器LTC6802在电也模裟内部•另瞅的嘆拟目线布在单个4LTC6802在电也內眇可靠性；gCAN通过电缆提快鲁棒的通信.1旦是颔外前撕系统导致故陳率捋高QSPI捋□不如通过电统连播的CAN鲁楸1旦是并行通信最大限匱诚小负而麥响J通信在单垸电路板内.从而最大阴匱地砂了电缰连捋和对通信干扰的灵戲SPI捋口的魯憫8采用电线的G呵制造性需鼻大重并石通信配线"需要丈萤并吾通佶配我3单块精密电路板•但是模拟灵敏度可能带来配线范在模块之頂］的串1信配技・，每个模块中那胃徽控制器.CAN接口和隔莎另加一

8、块王按制器电路板“单个储控制器和CAN收发■＞怛是有旦数字鶴画署的脛电路板「f单个散控眼峯CAN收发器和隔画恭在一块糯岳电路板上Q4单个徽拄制器・(收发器和隔庖器.罡有单锂的惰®板J功率多•卜减控制器和CAN笊口需鑒日睛大的功率消耗，高速数字隔离器需雯很大的电盘消耗畀具低功耗SRft口的最小电路系筑「卜避卜电當系统.11播□曹侑耗更多】以在电路板之1可i农;电池监视架构比较。电池监视要