低壓電池監(jiān)控器進(jìn)入高壓電動汽車

大家好，小科來為大家解答以上問題。低壓電池監(jiān)控器進(jìn)入高壓電動汽車這個很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、作者：Christopher Gobok ADI混合信號產(chǎn)品事業(yè)部高級產(chǎn)品營銷工程師。

2、電動車輛

3、如果你沒有駕駛過電動汽車，包括混合動力汽車(HEV)、插電式混合動力汽車(PHEV)和全電動汽車，很有可能很快就會駕駛。

4、里程焦慮已經(jīng)過去了。

5、現(xiàn)在，你可以幫助保護(hù)環(huán)境，而不用擔(dān)心陷入其中。

6、世界各國政府都提供了慷慨的財政激勵來抵消電動汽車的高價格，希望引導(dǎo)消費(fèi)者不要購買內(nèi)燃機(jī)(ice)汽車。

7、一些政府已經(jīng)采取措施，迫使汽車制造商生產(chǎn)和銷售電動汽車，希望市場最終由電動汽車主導(dǎo)，而另一些政府則設(shè)定了更具體的目標(biāo)。

8、例如，德國已經(jīng)努力到2030年禁止ICE汽車。

9、在汽車歷史的大部分時間里，創(chuàng)新一直專注于提供舒適的用戶體驗(yàn)，提高內(nèi)燃機(jī)的燃料燃燒效率，并使排放更清潔。

10、然而，ICE汽車最近的大部分創(chuàng)新都是電子技術(shù)進(jìn)步的直接結(jié)果，包括底盤系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、自動駕駛和高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)、信息和安全系統(tǒng)的改進(jìn)。

11、EV的很多電子系統(tǒng)都和ICE車輛一樣，當(dāng)然還有傳動系統(tǒng)本身。

12、根據(jù)Micron Technology的數(shù)據(jù)，電動汽車的電子部分價值高達(dá)75%。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，各種電子模塊和子系統(tǒng)的成本不斷降低，這部分的價值也會越來越高。

13、甚至像英特爾這樣的非傳統(tǒng)汽車廠商也想分一杯羹。

14、不出意外，在電動車的所有電子子系統(tǒng)中，廠商和消費(fèi)者特別關(guān)注電動車的心臟——電池系統(tǒng)。

15、電池系統(tǒng)包括可充電電池本身?！囯x子電池是目前主流的——和電池管理系統(tǒng)(BMS)，旨在很大程度上提高電池利用率和安全性。

16、ADI的BMS解決方案是電池監(jiān)控的主流產(chǎn)品。

17、ADI通過其豐富的智能BMS IC產(chǎn)品線，推廣新一代EV BMS設(shè)計，LTC2949 EV電池組監(jiān)控器是其最新產(chǎn)品。

18、房舍管理處監(jiān)測

19、BMS的主要功能是監(jiān)控電池狀態(tài)。對于電動汽車來說，就是監(jiān)控超大電池組或者電池組。

20、通常，BMS監(jiān)控單個電池和電池組的電壓、電流、溫度、充電狀態(tài)(SOC)、健康狀態(tài)(SOH)和其他相關(guān)功能，例如冷卻劑流量。

21、除了在安全性和性能上有明顯優(yōu)勢外，BMS還可以通過精確監(jiān)控這些參數(shù)帶來更好的駕駛體驗(yàn)，讓駕駛員充分了解電池的實(shí)時狀態(tài)。

22、為了獲得結(jié)果，BMS測量電路(如新的LTC2949電池監(jiān)控器)必須準(zhǔn)確快速，具有高共模電壓抑制能力，低功耗，并且能夠安全地與其他設(shè)備通信。

23、EV BMS的其他任務(wù)包括：將能量回收到電池組中(即再生制動)，平衡電池，保護(hù)電池組免受危險的電壓、電流和溫度水平的影響，以及與其他子系統(tǒng)(如充電器、負(fù)載、熱管理和緊急關(guān)閉)進(jìn)行通信。

24、汽車制造商使用各種BMS監(jiān)控拓?fù)鋪頋M足他們對精度、可靠性、可制造性、成本和功耗的要求。

25、例如，圖1所示的分布式拓?fù)渚哂幸韵峦怀鎏攸c(diǎn)：通過本地智能實(shí)現(xiàn)高精度，通過串聯(lián)電池組提供高可制造性，通過低功耗SPI和isoSPI接口實(shí)現(xiàn)IC間通信，從而實(shí)現(xiàn)低功耗和高可靠性。

26、LTC2949用于低端電流檢測配置，isoSPI通訊線與底部的電池監(jiān)控器LTC6811-1并聯(lián)。

27、為了提高可靠性，第二個isoSPI收發(fā)器可以連接到電池組頂部，創(chuàng)建支持雙向通信的環(huán)形拓?fù)?，從而?shí)現(xiàn)雙通道通信方案。

28、通過LTC 6820 isopi-SPI信號轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)與SPI主控制器的隔離通信。

29、ADI公司的可堆疊LTC681x系列多電池監(jiān)控器可用于測量多達(dá)6、12、15或18個串聯(lián)電池的單個電壓，而單個LTC2949則用于測量總的電池堆參數(shù)。

30、LTC681x和LTC2949共同構(gòu)成了全面的EV BMS監(jiān)控解決方案；對于一些人來說，這個電路更熟悉的名字是BMS模擬前端(AFE)。

31、1.使用LTC6811-1和LTC2949分發(fā)。

LTC2949專為EV設(shè)計，是一款高精度電流、電壓、溫度、電荷、功率、電能計量器件。

33、通過測量這些關(guān)鍵參數(shù)，系統(tǒng)設(shè)計人員就有了必要的數(shù)據(jù)來計算整個電池堆的實(shí)時SOC和SOH以及其他品質(zhì)因數(shù)。

34、圖2給出了用在高邊電流檢測配置中的LTC2949的框圖。

35、這里，LTC2949采用可調(diào)浮動拓?fù)?，因而能夠監(jiān)視電壓非常高的電池堆，而不受其自身的14.5 V電壓額定值的束縛。

36、LTC2949的電源通過 LT8301 隔離反激式轉(zhuǎn)換器提供，VCC連接到電池正極。

圖2.高邊電流檢測配置中LTC2949浮動EV電池監(jiān)控器的典型連接。

39、LTC2949的電源由LT8301反激式轉(zhuǎn)換器提供，VCC連接到電池正極。

超越模擬

駕駛員會喜歡LTC2949的數(shù)字輸出和精度，而系統(tǒng)設(shè)計人員會喜歡LTC2949的模擬性能以及將其無縫集成到幾乎所有EV BMS中的能力。

42、LTC2949的核心是五個軌到軌、低失調(diào)、Σ-Δ ADC，可確保精確測量電壓。

43、在這五個ADC中，兩個20位ADC可用來測量兩個檢測電阻上的電壓（如圖2所示），并以令人吃驚的0.3%精度推斷出流過兩個獨(dú)立電源軌的電流。

44、LTC2949具有小于1 μV的失調(diào)電壓，而且能提供異常高的動態(tài)范圍。

45、同樣，電池堆的總電壓測量可達(dá)18位和0.4%的精度。

46、兩個專用功率ADC檢測分流和電池堆電壓輸入，產(chǎn)生精度為0.9%的功率讀數(shù)。

47、最后一個15位ADC可用來測量多達(dá)12個輔助電壓，方便與外部溫度傳感器或電阻分壓器一起使用。

48、利用內(nèi)置多路復(fù)用器，LTC2949可在12個緩沖輸入的任何一對之間以0.4%的精度執(zhí)行差分軌到軌電壓測量。

為了簡化設(shè)置，LTC2949的五個ADC形成三個數(shù)據(jù)采集通道。

50、每個通道可以根據(jù)應(yīng)用需要配置為兩種速度之一，如表1所示。

51、例如，可以使用兩個通道監(jiān)視單個分流電阻：一個通道用于慢速（100 ms）高精度電流、功率、電荷和電能測量；另一個用于快速（782μs）電流快照，與電池堆電壓測量同步，以進(jìn)行阻抗跟蹤或預(yù)充電測量。

52、或者，兩個獨(dú)立通道監(jiān)視兩個不同大小的分流電阻（同樣如圖2所示），使得用戶可以平衡每個分流電阻的精度和功率損耗。

53、同時，第三個輔助通道可以對可選的緩沖輸入進(jìn)行快速測量，或者對兩個可配置輸入（堆電壓、芯片溫度、電源電壓和基準(zhǔn)電壓）進(jìn)行自動輪循（RR）測量。

表1.LTC2949三個數(shù)據(jù)采集通道的配置選項(xiàng)

當(dāng)LTC2949的三個數(shù)據(jù)采集通道中的任何一個被配置為快速模式（782μs轉(zhuǎn)換時間和15位分辨率）時，LTC2949可以將其電池堆電壓和電流測量與任何LTC681x多節(jié)電池監(jiān)控器的電池電壓測量同步，以推斷出單個電芯的阻抗、壽命和SOH。

57、有了這些信息，就可以評估電池堆壽命，因?yàn)樽钊醯碾娦咀罱K決定整個電池堆的SOH。

SOH是在電池（或電池堆）生命周期的某一時刻對其狀況（相對于新電池）的測量，因此使用精確的EV BMS監(jiān)控器很重要，這不僅是為了最大程度地延長行駛里程，也是為了最大程度地減少電池意外故障。

59、說到電池壽命，LTC2949在開啟時僅消耗16 mA電流，而在睡眠時僅消耗8 μA電流。

數(shù)字優(yōu)勢

LTC2949的數(shù)字特性包括一個過采樣乘法器和累加器，產(chǎn)生18位的功率值和48位的電能與電荷值，報告最小值和最大值以及基于用戶自定義限值的警報。

62、這就免除了BMS控制器和總線不斷輪詢LTC2949以獲得電壓和電流數(shù)據(jù)的任務(wù)，而且免除了基于結(jié)果執(zhí)行計算的額外任務(wù)。

63、LTC2949以過采樣ADC時鐘速率（預(yù)抽取濾波器）進(jìn)行功率采樣，而不是乘以平均值，故而在電流和電壓變化遠(yuǎn)超其轉(zhuǎn)換速率的情況下可以準(zhǔn)確測量功率，信號頻率最高可達(dá)50kHz。

LTC2949跟蹤電流、電壓、功率和溫度數(shù)據(jù)的最小值和最大值，所以總線和主機(jī)可以將時鐘周期花在其他任務(wù)上，而不用持續(xù)輪詢LTC2949。

65、除了檢測并存儲最小值和最大值之外，LTC2949還可以在超出用戶自定義閾值時發(fā)出警報，這同樣會免除主機(jī)控制器和總線的輪詢?nèi)蝿?wù)。

66、在提供指定的電能或電荷量之后，或者經(jīng)過預(yù)設(shè)的時間量之后，LTC2949也能產(chǎn)生溢出警報。

為確保監(jiān)控精度，LTC2949提供了多個可編程增益校正因子來補(bǔ)償測量器件的容差：兩個校正因子用于分流電阻、一個電池分壓器和四個多路復(fù)用輸入。

68、這些校正因子可以存儲在外部EEPROM中，支持通過模塊化方法對電池組進(jìn)行出廠校準(zhǔn)。

69、此外，LTC2949可以線性化最多兩個外部NTC熱敏電阻的溫度讀數(shù)，即通過求解帶可編程系數(shù)的Steinhart-Hart方程；這些讀數(shù)隨后可用于對分流電阻讀數(shù)進(jìn)行自動溫度補(bǔ)償。

70、通過持續(xù)補(bǔ)償容差和溫度影響，不僅可以提高監(jiān)測精度，而且可以使用成本較低的外部器件。

LTC2949上有一個標(biāo)準(zhǔn)SPI接口用于直接連接MCU。

72、另外還有ADI公司專有的isoSPI接口。

73、isoSPI對標(biāo)準(zhǔn)芯片級SPI的物理層進(jìn)行了調(diào)適，以充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)高效的分布式電池組架構(gòu)的潛力。

74、isoSPI針對高電壓和高噪聲系統(tǒng)而設(shè)計，可在長達(dá)100米的電纜上提供高達(dá)1 Mbps的安全可靠的信息傳輸，僅使用單根雙絞線電纜和簡單的脈沖變壓器。

75、isoSPI還比其他板載隔離解決方案便宜。

76、圖3顯示了LTC2949如何利用isoSPI，其與LTC6811-1一起用作菊花鏈或可尋址并行配置中的最后一個元件。

圖3.LTC2949 isoSPI配置

結(jié)論

電動汽車漸成主流，大規(guī)模應(yīng)用的拐點(diǎn)已經(jīng)到來。

81、為了保持競爭力，系統(tǒng)設(shè)計人員需要密切關(guān)注電池和BMS技術(shù)，這些技術(shù)會深刻影響終端用戶的體驗(yàn)。

82、LTC2949是ADI公司在BMS監(jiān)控領(lǐng)域的最新嘗試，它能輕松應(yīng)對多種電池堆監(jiān)控拓?fù)浜团渲谩?/p>

83、在幾乎任何電壓和任何電流水平下，LTC2949都能實(shí)現(xiàn)高性能、安全、靈活、可靠的電池管理系統(tǒng)。

84、通過準(zhǔn)確讀取電流、電壓、功率、電能、電荷、溫度和時間，可以立即獲得對電池SOH和SOC的精確評估。

85、LTC2949除具有強(qiáng)大的模擬能力外，還能對可用數(shù)字輸出進(jìn)行高速處理。

86、關(guān)鍵的最小值、最大值和警報可以測量、計算并通過魯棒的isoSPI接口報告給LTC2949。

87、因此，對主機(jī)資源、總線設(shè)計和測試以及軟件設(shè)計的要求得以降低。

88、該器件的一些數(shù)字特性包括乘法器、累加器、最小值/最大值寄存器、可配置的警報以及外部器件容差/溫度補(bǔ)償。

89、LTC2949設(shè)計為獨(dú)立工作或與任何LTC681x多節(jié)電池監(jiān)控器配合使用，在滿足嚴(yán)格的AEC-Q100準(zhǔn)則和ISO 26262安全標(biāo)準(zhǔn)的同時，滿足了對下一代EV BMS的迫切需求。

本文到此結(jié)束，希望對大家有所幫助。