電動汽車/混合動力汽車電池管理方案

     隨著世界石油資源的日益緊張以及人們對環(huán)境保護的要求日益增加，近年來汽車行業(yè)內(nèi)的廠商均開始尋求汽車新的能源解決方案以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油發(fā)動機車。從目前的形勢來看，絕大多數(shù)廠商采用了純電動或混合動力的解決方案（ElectricVehicel/Hybrid-ElectricVehicel）。

　　純電動汽車是指汽車采用純電力驅(qū)動的方式，由于只需要電池組和電動機，結(jié)構(gòu)相對簡單。雖然普遍認為未來是純電動汽車的天下，并且現(xiàn)在鐵鋰聚合物電池技術(shù)也取得了進步，但由于目前電池技術(shù)的安全性問題和能量密度問題仍達不到大眾的期望，阻礙了純電動汽車的大規(guī)模應用。

　　而混合動力就是指汽車使用汽油驅(qū)動和電力驅(qū)動兩種驅(qū)動方式。所謂混合動力裝置就是將電動機與輔助動力單元組合在一輛汽車上做驅(qū)動力，輔助動力單元實際上是一臺小型燃料發(fā)動機或動力發(fā)電機組。讓一部分動力由電池和電動機系統(tǒng)承擔。由于有輔助動力單元的存在，對電池的容量要求沒有純電力驅(qū)動汽車那么高。這種混合動力裝置既發(fā)揮了發(fā)動機持續(xù)工作時間長，動力性好的優(yōu)點，又可以發(fā)揮電動機無污染、低噪聲的好處。是目前大多數(shù)汽車廠商采用的方式。但結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。

　　無論采用哪種方式，大容量長串連的電池組都是必不可少的。由于汽車運行時電池需要大電流放電而平時又需要進行充電。電池對過度充電或過度放電很敏感，對長串鋰離子電池組來說長時間使用后電池組的一致性也很難保證，因而必需對電池組中的每節(jié)電池進行謹慎的管理。

　　凌力爾特公司（linear technologycorporation）于2008年9 月發(fā)布了高度集成的多節(jié)電池監(jiān)視芯片LTC6802。該芯片能夠測量多達12節(jié)單獨的電池，該器件的專有設(shè)計使得能夠把多個LTC6802方便的串聯(lián)起來（無需使用光耦進行隔離），以實現(xiàn)長串電池組中每節(jié)電池的精確電壓檢測（圖1）。并可以通過和單片機通訊實現(xiàn)對每節(jié)電池電壓的監(jiān)測和電池的均衡處理。

圖1 LTC6802應用簡圖

　　LTC6802的特點：

　　● 支持高達一千伏的級聯(lián)電壓的測量：

　　針對于電動汽車或者混合動力汽車應用中的電池組為了提供高功率輸出，需要將很多節(jié)電池串聯(lián)，這樣高端電壓會達到幾百伏，這就對電壓采樣電路提出了很高的要求。由于LTC6802電池電壓采樣端采用的是支持高電壓的差分輸入電路，并且芯片方便的實現(xiàn)級聯(lián)。從而保證了可以精確采集到高達一千伏的電壓。

　　● 高測量精度：

　　L T C 6 8 0 2 內(nèi)部集成了1 2 位Δ-ΣADC（圖2）,保證了針對每節(jié)電池在-40℃～85℃達到0.25%的測量誤差。

圖2 LTC6802功能框架

　　● 極快的響應時間：

　　LTC6802針對電池組中每節(jié)電壓的測量可以在13ms內(nèi)完成。滿足目前應用的需求。

　　● 方便的級聯(lián)能力：

　　單個LTC6802支持12節(jié)電池的電壓檢測，上文中提到LTC6802可以方便的通過串行總線實現(xiàn)更多節(jié)電池級聯(lián)的檢測，這種方式不需要光耦進行芯片間的隔離，容易實現(xiàn)電路的簡化。

　　● 均衡功能：

　　在汽車電池組長時間使用后會發(fā)生電池組間由于電池個體差異造成的能量不均衡現(xiàn)象，為了保證電池的壽命，就需要對電池的均衡性進行處理。

　　LTC6802采用的是放電均衡的方式，芯片內(nèi)置MOSFET（最大支持100mA）將多余的能量通過負載電阻消耗掉。如果放電電流很大的話還可以通過外接MOSFET來擴展放電電流，此時內(nèi)部MOSFET起到增加驅(qū)動能力的作用。

　　● 熱監(jiān)測功能：

　　如果電池工作時發(fā)生異常情況，電池內(nèi)部的化學物質(zhì)會產(chǎn)生大量的熱，因此監(jiān)測電池的溫度也是一個重要的檢測手段。LTC6802內(nèi)置兩個溫度監(jiān)測接口，可以通過外接溫度傳感器來監(jiān)測電池溫度。

　　● 封裝尺寸?。?/P>

　　LTC6802具有非常高的集成度，可以將上述功能集成在44腳的SSOP封裝里，易于實現(xiàn)小型化（圖3）。

圖3 LTC6802封裝尺寸

　　通過上述介紹可見，LTC6802非常適合應用于電動汽車和混合動力汽車的電池組檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過單片機和LTC6802的配合可以很容易實現(xiàn)對電池組中每一節(jié)電池的過、欠壓監(jiān)測和溫度監(jiān)測。并且可以對電池均衡性進行處理，從而提高電池壽命。

　　艾睿電子作為凌力爾特公司的代理商，目前提供出一整套基于凌力爾特LTC6802和飛思卡爾HCS08內(nèi)核的8位微控制器MC9S08QG8開發(fā)的多節(jié)電池監(jiān)測和均衡的方案。系統(tǒng)架構(gòu)請看圖4和圖5，實物請看圖6。該方案提供了一個12節(jié)鋰/鐵鋰電池串聯(lián)管理的功能，可以將實時監(jiān)測的電壓值數(shù)據(jù)通過232接口轉(zhuǎn)換為USB接口傳輸?shù)诫娔X上，從而實時的讀取到每一節(jié)電池電壓的參數(shù)。

圖4 應用LTC6802和MC9S08QG8開發(fā)的多節(jié)電池監(jiān)測和均衡的方案

圖5 *估板連接方法

圖6 *估板實物

　　該方案可以直接應用于電動自行車/電動摩托車電池管理，并且可以很方便的提供給電動車和混合動力汽車電池管理的客戶一個了解LTC6802性能的平臺，方便今后進行更多節(jié)數(shù)電池串聯(lián)的開發(fā)。如果有這方面研發(fā)的需要，可以聯(lián)系我們獲取更詳細的資料。

　　目前，一些歐美和日本的汽車廠商已經(jīng)推出了自己的電動汽車和混合動力汽車產(chǎn)品，我國的混合動力汽車標準也已經(jīng)出臺，但對我國的汽車企業(yè)來說這部分產(chǎn)品還處于起步階段，相信還會有很長的路要走。希望本文提供的方案能對電動汽車/混合動力汽車電池管理有需求的客戶有所幫助。