如何对混合动力汽车的高压电池组进行充电控制

的电压。举例来说，在1V电压条件下输送1kW功率需要1,000A电流，而在100V电压条件下输送1kW功率则仅需10A电流。系统布线和互连线中的固有电阻将转换成IR损耗，因此设计师需采用切实可行的最高电压/最低电流。
对于一个基于电池的系统(典型锂离子电池具有4.2V的满充电电压)，必须采用串联方式将许多电池连接在一起。请注意，作为一长串电池的一部分，任何单个电池发生故障都将导致整个电池组无法使用，而且在电池串中每添加一个电池都会增加这种风险。
采用锂离子电池来制作一个高电压电池组的挑战并非微不足道。不能像对待单个电源那样来对一个锂离子电池组进行充电和放电。对于那些容量略小的电池而言，在经过多个充电和放电周期之后，其SOC将逐渐与其他电池产生偏差。如果不对每个电池的SOC进行周期性的均衡或平衡处理，那么有些电池最后将发生过度充电或过度放电的现象，从而造成受损，并最终导致整个电池组发生故障。因此，一个电池控制系统必须谨慎地管理每个电池。
这个问题可以划分为数据采集和控制两个方面。控制方面包括根据系统数据来对每个电池进行充电和放电的算法和方法。这在很大程度上取决于具体应用，且常常涉及那些受到严密保护的知识产权。数据采集通过电池组接口来完成，该接口必须沿着高电压电池组快速而准确地测量每个电池的电压。这需要具备从一个0V至1,000V以上(当提升电池组电压时)的共模电压来抽取一个小差分电压的能力。这是一个棘手的难题，需要多种高性能模拟功能。
基于高性能多节电池监视IC的方案
凌力尔特(Linear)公司的LTC6802可处理大型电池组的数据采集任务，而且特别适合于锂离子电池。LTC6802可与一个包括多达12个单独电池的电池串中的每个电池直接相连。通过一个独特的电平移位串行接口把多个LTC6802器件串联起来(无需使用光耦合器或光隔离器)，可实现长串串接电池中每节电池的精准电压监视。当把多个LTC6802器件串联起来，它们就能够同时工作，快速而准确地完成电池组中所有电池的电压测量。电压测量准确度高于99.75%，且一个电池组中所有电池的电压测量都能在13ms的时间之内完成。可每节电池均进行了欠压和过压条件监视，并提供一个相关联的MOSFET开关，用来对过充电电池进行放电。
每个LTC6802通过一个支持广播和编址命令的1MHz串行接口进行通信。另外，该器件还包括两个热敏电阻输入、两个GPIO线和一个5V稳压器。该器件对充满挑战性的汽车环境进行了特殊的考虑。LTC6802专为在工业温度范围内工作而设计，具有高 ESD、EMI和噪声免疫力，并内置诊断和自测试功能。
这款高集成度、高性能多节电池监视IC解决了当今先进电池系统所面临的诸多问题。由于可在整个工作温度范围内进行高精度的电压测量，它使得电池能在其整个可用SOC范围内使用，不用担心电池会超出这些限值。这种鲁棒性将使该器件能够在汽车环境中可靠地工作。此外，高集成度还可使电池系统满足苛刻的成本、空间和可制造性约束条件。

图2：高性能多节电池监视IC LTC6802的应用方框图。

本文小结
经过了多年的努力和稳步发展之后，高能量电池系统不久就能满足人们日常使用的需要，尤其是能作为电动汽车和油电混合动力车的一部分。该技术有望在全球范围内大幅度地提升能量效率，并使人们更加重视替代能源。在实现这些目标之前，必须解决诸多层面的技术问题，以构建实用、经济和可靠的电池系统。凌力尔特的LTC6802便是解决其中一个主要问题的产品。这款电池监视IC把数据采集任务的处理电路集成在单个器件之中，支持非常长的电池串。随着电动汽车和油电混合动力车的走向成功，具有成本效益的高性能电池系统很快将实现众多的绿色技术应用。