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從幾毫伏到數英里：電池管理IC 如何影響汽車性能
日期：2024-12-27 23:08:22 作者：宏力精密鋼管 閱讀數：460我對電動汽車的喜愛是顯而易見的。我開全電動汽車已經有四年多的時間了，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，也不需要更換機油，而且想去哪兒就去哪兒，根本不用考慮速度或時間對于行駛里程的影響。
從4節串聯(微型混動汽車)，到12-16節串聯電池(輕度混合汽車)，直到96節串聯電池(電動和混動汽車)，根據汽車技術規格的不同，會有一節或很多節并聯電池。然而，從IC的角度出發，串聯電池節的數量才是關鍵點，并聯電池節數量可根據需要隨意確定。電池管理系統 (BMS) 是駕駛員、汽車和電池之間的重要紐帶。BMS包含監視和保護電池的電子元器件。我經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，我急需知道電池的續航里程，以及汽車充電完成的時間。我還想知道，我的電池狀態是不是良好。我也很樂意知道我的汽車可以快速加速。我們來看看IC所具有的不同技術規格如何幫助實現我所需要的功能。
續航里程和加速
續航里程是另外一個了解電池剩余電荷的方法，這一參數被稱為電荷狀態 (SoC)。有手機的人都知道，電池的容量會隨著時間的推移而逐漸下降。一個電池在一個指定時間點上能夠保存的最大電荷量被稱為健康狀態 (SoH)。計算SoH和SoC的方法有很多(請查看TI Impedance Track? 技術)，而這些方法都會計算電池電壓、電池溫度和電池組電流。
某些鋰離子化學電池，比如說磷酸鋰鐵電池，SoC相對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致SoC估算中的巨大誤差。
一個LiFEPO4電池的SoC曲線
監視需要測量電壓、電流和溫度。諸如bq76PL455A-Q1的監視IC，對于大約4.5V的電池電壓，它在0°C至65°C溫度范圍內的準確度值為2mV，在-40°C至105°C溫度范圍內的準確度值為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確度：這個準確度包括所有由回流焊和前幾個熱循環所導致的偏移。有時候，數據表技術規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，由于電池電壓下降，所以電池能夠產生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，電池在汽車中的應用已經有150年的歷史了，所以汽車廠商也在這方面提供幫助。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具有一個單獨的保護器——這是一組比較器，它們檢查每節電池的電壓，并且確保電池電壓在正確的范圍內。如果監視器或保護器檢測到一節電池處于過壓閥值上或者欠壓狀態，那么充電或放電將終止。如果監視器或保護器少報電壓，另外一個將停止充電放電。
從幾毫伏到數英里：電池管理IC 如何影響汽車性能
事實上，雖然故障很少發生，但是大多數汽車廠商都將他們的大部分時間花費在汽車的安全性開發上。這也是為什么一個IC具有如此之多的自我診斷特性，并且一個監視器能夠診斷絕大部分系統的原因。例如，bq76PL455A-Q1能夠檢查線路斷開，同時具有內置自檢以驗證已定義的內部功能，并且能夠以多種方法在安全性方面為用戶提供幫助。
成本
與我對電動汽車的鐘愛程度一樣，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。在電池應用領域中，這就意味著更小的保護帶，而反過來，也就表示需要更多精確的監視器和保護器。通常情況下，保護器不如監視器精確，所以，實際上是保護器的準確性拉高了保護帶數量。
從幾毫伏到數英里：電池管理IC 如何影響汽車性能
主動和被動電池節均衡是另外一個重要特性。如果沒有電池均衡，那么大容量電池會很快失效。當第一節電池無電時，放電驅動停止。當第一節電池充滿時，充電停止。在沒有均衡的情況下，第一節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電池之間的電荷差異。被動均衡在這方面的表現很不錯，事實上，你可以拿一個不可用的電池組，并且對其進行一次均衡以消除漂移效應。然而，隨著時間的推移，電池節的容量能夠保持的電荷數量也會發生改變，并且容量擴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。第一代系統通常使用控制器局域網 (CAN) IC和隔離器，用于與主機控制器通信。這是一種比較昂貴的通信方式。更新一代的IC擁有經改進的通信方式。在無需隔離器的情況下，通過隔離式差分通用異步接收器/發射器 (UART)來完成通信，數個bq76PL455A-Q1能夠以菊花鏈配置進行通信。價格低廉的電容器能夠幫助你實現隔離。
集成的監視器和保護器，以及每個IC能夠監視越來越多的電池節數量也有助于進一步降低成本。bq76PL455A-Q1能夠監視多達16節電池，并且具有一個集成式保護器，從而極大地降低了系統成本，特別是對于48V輕度混合動力系統來說更是如此，因為單個IC能夠替代多達4個IC、2個12節監視器和2個12節保護器。
當我駕車時，我對汽車電池組內所具有的業內最佳技術水平而感到高興。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。