電動(dòng)汽車/混合動(dòng)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(duì)環(huán)境保護(hù)的要求日益增加，近年來(lái)汽車行業(yè)內(nèi)的廠商均開(kāi)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(dòng)機(jī)車。從目前的形勢(shì)來(lái)看，絕大多數(shù)廠商采用了純電動(dòng)或混合動(dòng)力的解決方案（ElectricVehicel/Hybrid-ElectricVehicel）。

　　純電動(dòng)汽車是指汽車采用純電力驅(qū)動(dòng)的方式，由于只需要電池組和電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。雖然普遍認(rèn)為未來(lái)是純電動(dòng)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(jìn)步，但由于目前電池技術(shù)的安全性問(wèn)題和能量密度問(wèn)題仍達(dá)不到大眾的期望，阻礙了純電動(dòng)汽車的大規(guī)模應(yīng)用。

　　而混合動(dòng)力就是指汽車使用汽油驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式。所謂混合動(dòng)力裝置就是將電動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力單元組合在一輛汽車上做驅(qū)動(dòng)力，輔助動(dòng)力單元實(shí)際上是一臺(tái)小型燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或動(dòng)力發(fā)電機(jī)組。讓一部分動(dòng)力由電池和電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)。由于有輔助動(dòng)力單元的存在，對(duì)電池的容量要求沒(méi)有純電力驅(qū)動(dòng)汽車那么高。這種混合動(dòng)力裝置既發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又可以發(fā)揮電動(dòng)機(jī)無(wú)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(fù)雜，成本較高。

　　無(wú)論采用哪種方式，大容量長(zhǎng)串連的電池組都是必不可少的。由于汽車運(yùn)行時(shí)電池需要大電流放電而平時(shí)又需要進(jìn)行充電。電池對(duì)過(guò)度充電或過(guò)度放電很敏感，對(duì)長(zhǎng)串鋰離子電池組來(lái)說(shuō)長(zhǎng)時(shí)間使用后電池組的一致性也很難保證，因而必需對(duì)電池組中的每節(jié)電池進(jìn)行謹(jǐn)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(cè)量多達(dá)12節(jié)單獨(dú)的電池，該器件的專有設(shè)計(jì)使得能夠把多個(gè)LTC6802方便的串聯(lián)起來(lái)（無(wú)需使用光耦進(jìn)行隔離），以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)串電池組中每節(jié)電池的精確電壓檢測(cè)（圖1）。并可以通過(guò)和單片機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)每節(jié)電池電壓的監(jiān)測(cè)和電池的均衡處理。

圖1 LTC6802應(yīng)用簡(jiǎn)圖

　　LTC6802的特點(diǎn)：

　　● 支持高達(dá)一千伏的級(jí)聯(lián)電壓的測(cè)量：

　　針對(duì)于電動(dòng)汽車或者混合動(dòng)力汽車應(yīng)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(huì)達(dá)到幾百伏，這就對(duì)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(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)。從而保證了可以精確采集到高達(dá)一千伏的電壓。

　　● 高測(cè)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(duì)每節(jié)電池在-40℃～85℃達(dá)到0.25%的測(cè)量誤差。

圖2 LTC6802功能框架

　　● 極快的響應(yīng)時(shí)間：

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

　　● 方便的級(jí)聯(lián)能力：

　　單個(gè)LTC6802支持12節(jié)電池的電壓檢測(cè)，上文中提到LTC6802可以方便的通過(guò)串行總線實(shí)現(xiàn)更多節(jié)電池級(jí)聯(lián)的檢測(cè)，這種方式不需要光耦進(jìn)行芯片間的隔離，容易實(shí)現(xiàn)電路的簡(jiǎn)化。

　　● 均衡功能：

　　在汽車電池組長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)發(fā)生電池組間由于電池個(gè)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(duì)電池的均衡性進(jìn)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(guò)負(fù)載電阻消耗掉。如果放電電流很大的話還可以通過(guò)外接MOSFET來(lái)擴(kuò)展放電電流，此時(shí)內(nèi)部MOSFET起到增加驅(qū)動(dòng)能力的作用。

　　● 熱監(jiān)測(cè)功能：

　　如果電池工作時(shí)發(fā)生異常情況，電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，因此監(jiān)測(cè)電池的溫度也是一個(gè)重要的檢測(cè)手段。LTC6802內(nèi)置兩個(gè)溫度監(jiān)測(cè)接口，可以通過(guò)外接溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)小型化（圖3）。

圖3 LTC6802封裝尺寸

　　通過(guò)上述介紹可見(jiàn)，LTC6802非常適合應(yīng)用于電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的電池組檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)和LTC6802的配合可以很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組中每一節(jié)電池的過(guò)、欠壓監(jiān)測(cè)和溫度監(jiān)測(cè)。并且可以對(duì)電池均衡性進(jìn)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(kāi)發(fā)的多節(jié)電池監(jiān)測(cè)和均衡的方案。系統(tǒng)架構(gòu)請(qǐng)看圖4和圖5，實(shí)物請(qǐng)看圖6。該方案提供了一個(gè)12節(jié)鋰/鐵鋰電池串聯(lián)管理的功能，可以將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的電壓值數(shù)據(jù)通過(guò)232接口轉(zhuǎn)換為USB接口傳輸?shù)诫娔X上，從而實(shí)時(shí)的讀取到每一節(jié)電池電壓的參數(shù)。

圖4 應(yīng)用LTC6802和MC9S08QG8開(kāi)發(fā)的多節(jié)電池監(jiān)測(cè)和均衡的方案

圖5 *估板連接方法

圖6 *估板實(shí)物

　　該方案可以直接應(yīng)用于電動(dòng)自行車/電動(dòng)摩托車電池管理，并且可以很方便的提供給電動(dòng)車和混合動(dòng)力汽車電池管理的客戶一個(gè)了解LTC6802性能的平臺(tái)，方便今后進(jìn)行更多節(jié)數(shù)電池串聯(lián)的開(kāi)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(xì)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(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車產(chǎn)品，我國(guó)的混合動(dòng)力汽車標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)出臺(tái)，但對(duì)我國(guó)的汽車企業(yè)來(lái)說(shuō)這部分產(chǎn)品還處于起步階段，相信還會(huì)有很長(zhǎng)的路要走。希望本文提供的方案能對(duì)電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車電池管理有需求的客戶有所幫助。