鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:486次 | 2021年12月25日
電池管理集成電路 (IC) 如何影響汽車性能
我對電動汽車的喜愛是顯而易見的。我開全電動汽車已經(jīng)有四年多的時間了,行駛里程有60000英里,大約100000公里。我選擇電動汽車的原因有很多,不過歸根結(jié)底是因為電動汽車真的很棒。它安靜得出奇,它的加速性能無人能敵,也不要更換機(jī)油,而且想去哪兒就去哪兒,根本不用考慮速度或時間關(guān)于行駛里程的影響。
從4節(jié)串聯(lián)(微型混動汽車),到12-16節(jié)串聯(lián)電池(輕度混合汽車),直到96節(jié)串聯(lián)電池(電動和混動汽車),根據(jù)汽車技術(shù)規(guī)格的不同,會有一節(jié)或很多節(jié)并聯(lián)電池。然而,從IC的角度出發(fā),串聯(lián)電池節(jié)的數(shù)量才是關(guān)鍵點(diǎn),并聯(lián)電池節(jié)數(shù)量可根據(jù)要隨意確定。電池管理系統(tǒng)(BMS)是駕駛員、汽車和電池之間的重要紐帶。BMS包含監(jiān)視和保護(hù)電池的電子元器件。我經(jīng)常對這些電池管理電子元器件的性能感到好奇,特別是諸如bq76pL455A-Q1的電源管理IC的性能到底怎么樣;實際上,正是這款器件使我的汽車能夠正常行駛的同時,還提升了車輛的性能。作為駕駛員,我急需了解電池的續(xù)航里程,以及汽車充電完成的時間。我還想了解,我的電池狀態(tài)是不是良好。我也很樂意了解我的汽車可以快速加速。我們來看看IC所具有的不同技術(shù)規(guī)格如何幫助實現(xiàn)我所要的功能。
續(xù)航里程和加速
續(xù)航里程是另外一個了解電池剩余電荷的方法,這一參數(shù)被稱為電荷狀態(tài)(SoC)。有手機(jī)的人都了解,電池的容量會隨著時間的推移而逐漸下降。一個電池在一個指按時間點(diǎn)上能夠保存的最大電荷量被稱為健康狀態(tài)(SoH)。計算SoH和SoC的方法有很多(請查看TIImpedanceTrack?技術(shù)),而這些方法都會計算電池電壓、電池溫度和電池組電流。
某些鋰離子化學(xué)電池,比如說磷酸鋰鐵電池,SoC相關(guān)于電池電壓的曲線非常平緩。電池電壓中的一個小誤差就有可能導(dǎo)致SoC估算中的巨大誤差。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
一個LiFEpO4電池的SoC曲線
監(jiān)視要測量電壓、電流和溫度。諸如bq76pL455A-Q1的監(jiān)視IC,關(guān)于大約4.5V的電池電壓,它在0°C至65°C溫度范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度值為2mV,在-40°C至105°C溫度范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度值為4mV,通常情況下,電池電壓精度在很大程度上取決于輸入電壓。請注意,我在這里討論的是真正的準(zhǔn)確度:這個準(zhǔn)確度包括所有由回流焊和前幾個熱循環(huán)所導(dǎo)致的偏移。有時候,數(shù)據(jù)表技術(shù)規(guī)格會與你在電路板上看到的值大不相同。加速也與SoC密切相關(guān),由于電池電壓下降,所以電池能夠出現(xiàn)的最大功率也下降了。任一SoC上的過多電流,特別是在處于低SoC時,都會加速電池的老化。
安全性
到目前為止,電池在汽車中的應(yīng)用已經(jīng)有150年的歷史了,所以汽車廠商也在這方面供應(yīng)幫助。他們是如何做到的呢?汽車停止充電和放電的時間恰到好處。通常情況下,一個BMS具有一個單獨(dú)的保護(hù)器——這是一組比較器,它們檢查每節(jié)電池的電壓,并且確保電池電壓在正確的范圍內(nèi)。假如監(jiān)視器或保護(hù)器檢測到一節(jié)電池處于過壓閥值上或者欠壓狀態(tài),那么充電或放電將終止。假如監(jiān)視器或保護(hù)器少報電壓,另外一個將停止充電放電。
事實上,雖然故障很少發(fā)生,但是大多數(shù)汽車廠商都將他們的大部分時間花費(fèi)在汽車的安全性開發(fā)上。這也是為何一個IC具有如此之多的自我診斷特性,并且一個監(jiān)視器能夠診斷絕大部分系統(tǒng)的原因。例如,bq76pL455A-Q1能夠檢查線路斷開,同時具有內(nèi)置自檢以驗證已含義的內(nèi)部功能,并且能夠以多種方法在安全性方面為用戶供應(yīng)幫助。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
成本
與我對電動汽車的鐘愛程度相同,我也很希望電動汽車能夠再便宜一些。很明顯,在汽車成本中,電池占了很大份額。減少成本的最簡單方法就是少花錢多辦事。在電池應(yīng)用領(lǐng)域中,這就意味著更小的保護(hù)帶,而反過來,也就表示要更多精確的監(jiān)視器和保護(hù)器。通常情況下,保護(hù)器不如監(jiān)視器精確,所以,實際上是保護(hù)器的準(zhǔn)確性拉高了保護(hù)帶數(shù)量。
主動和被動電池節(jié)均衡是另外一個重要特性。假如沒有電池均衡,那么大容量電池會很快失效。當(dāng)?shù)谝还?jié)電池?zé)o電時,放電驅(qū)動停止。當(dāng)?shù)谝还?jié)電池充滿時,充電停止。在沒有均衡的情況下,第一節(jié)完全放電的電池與第一個充滿電的電池互不相干;電池均衡減少了這兩節(jié)電池之間的電荷差異。被動均衡在這方面的表現(xiàn)很不錯,事實上,你可以拿一個不可用的電池組,并且對其進(jìn)行一次均衡以消除漂移效應(yīng)。然而,隨著時間的推移,電池節(jié)的容量能夠保持的電荷數(shù)量也會發(fā)生改變,并且容量擴(kuò)散會隨著時間的推移變得越來越大。
還有另外幾個方法能夠使汽車廠商降低成本。第一代系統(tǒng)通常使用控制器局域網(wǎng)(CAN)IC和隔離器,用于與主機(jī)控制器通信。這是一種比較昂貴的通信方式。更新一代的IC擁有經(jīng)改進(jìn)的通信方式。在無需隔離器的情況下,通過隔離式差分通用異步接收器/發(fā)射器(UART)來完成通信,數(shù)個bq76pL455A-Q1能夠以菊花鏈配置進(jìn)行通信。價格低廉的電容器能夠幫助你實現(xiàn)隔離。
集成的監(jiān)視器和保護(hù)器,以及每個IC能夠監(jiān)視越來越多的電池節(jié)數(shù)量也有助于進(jìn)一步降低成本。bq76pL455A-Q1能夠監(jiān)視多達(dá)16節(jié)電池,并且具有一個集成式保護(hù)器,從而極大地降低了系統(tǒng)成本,特別是關(guān)于48V輕度混合動力系統(tǒng)來說更是如此,因為單個IC能夠替代多達(dá)4個IC、2個12節(jié)監(jiān)視器和2個12節(jié)保護(hù)器。
當(dāng)我駕車時,我對汽車電池組內(nèi)所具有的業(yè)內(nèi)最佳技術(shù)水平而感到高興。我也很愿意駕駛一輛具有更好、更加精確電池管理IC的汽車駛向未來。