电源技术中的混合动力及电动汽车的电池管理技巧

对于混合动力汽车（HEV）和电动汽车（EV）而言，使用锂离子电池可在功率、能量密度、效率和环境影响之间取得最佳平衡。但同时，锂离子电池也是易损坏和危险的，而汽车环境又相当棘手、难以应付。混合动力汽车和电动汽车中电子产品面临的挑战是，如何弥补要求苛刻的汽车环境和电池敏感特性之间的差距。 　　考虑到汽车对能量、功率和环境的要求，安全、可靠地使用大型锂离子电池组绝对不是一个简单的任务。锂离子电池以完全充电或完全满放电状态工作时，其容量会降低。考虑到循环充电、电池组之间的差别和不同的环境条件，每节电池的容量都会随着时间推移而降低并产生偏离。因此，要实现15年、5000个充电周期的目标，每节电池都必须 在电源技术领域，混合动力及电动汽车的电池管理技巧是一个至关重要的议题。这些车辆普遍采用锂离子电池，因为它们能够在功率、能量密度、效率和环保性能之间达到最优平衡。然而，锂离子电池也有其脆弱性和潜在的安全风险，尤其是在汽车严酷的工作环境中。汽车制造商面临的关键挑战是如何设计出既能适应恶劣环境，又能妥善管理电池特性的电子系统。 电池管理系统（Battery Management System，简称BMS）是解决这一问题的核心技术。BMS的主要任务是监控和控制电池组的充放电状态，确保每个电池单元在安全范围内工作，防止过度充电或放电，从而延长电池寿命，提高整体系统的可靠性。为了达到15年的使用寿命和5000次以上的充电循环，BMS需要精确监测每个电池单元的荷电状态（State of Charge，简称SOC），并确保其在最佳工作区间内运行。 锂离子电池的容量会随着循环充电、电池间差异和环境变化而逐渐减少，因此BMS需要具备高精度的测量能力。电池组中的每个单元电压都需要实时监测，但由于高共模电压和高频噪声的影响，这项任务颇具挑战性。例如，电动汽车和混合动力汽车的电池组通常由上百个串联电池组成，工作电压极高，且需支持大电流的快速充放电，这给测量带来了极大的难度。 为降低成本和提高系统可靠性，汽车电子设备倾向于采用更高集成度的设计，电池监视IC（Integrated Circuit）在电池管理系统中扮演着重要角色。像LTC6802这样的IC可以监测多个电池通道，同时执行容量平衡控制和其他辅助测量，如温度监测。通过菊花链式串行接口，这些IC可以在高压电池组中进行通信，显著减少组件数量。 电池监视IC的设计必须考虑汽车环境中的噪声问题。比如，采用高速SAR转换器的IC虽然在数据采集上有优势，但需要复杂的滤波器来抑制噪声，而Delta Sigma ADC则在噪声抑制方面表现更优。例如，LTC6802采用1KSPS的Delta Sigma ADC，结合内置的数字滤波器，能够有效地对抗10kHz的噪声，而SAR转换器则需要更复杂的外部滤波器才能达到相同的效果。 此外，电池管理系统的软件算法是关键组成部分，它们通常由供应商专有，根据电池的化学性质、尺寸、工作条件和应用进行定制。这些算法负责计算SOC，以及预测和预防可能的故障，但其复杂性意味着需要深入的故障机制效果分析（FMEA），以确保系统的安全性和耐用性。 混合动力及电动汽车的电池管理技术涉及电池选型、电池组设计、精准测量、热管理、均衡策略以及智能软件算法等多个方面。随着技术的发展，电池管理系统将更加智能化，以满足更严格的性能、安全和寿命要求，推动电动汽车产业的持续进步。