目前這一代電動汽車依靠能量範圍介於 16kWh 至 53kWh 之間的鋰離子電池組提供動力。而僅僅一加侖汽油所包含的能量就超過了 36kWh。對於電動汽車或混合動力汽車 (HEV) 抑或是任何的大功率電池係統來說，若要與內燃機 (ICE) 展開競爭就必需充分利用電池的全部儲能。為此，必須對電池組內部的每節電池進行仔細周密的監視和控製。

大功率電池組由一長串串接電池組成。電池監視器 IC 直(zhi)接(jie)連(lian)接(jie)至(zhi)每(mei)節(jie)電(dian)池(chi)，負(fu)責(ze)準(zhun)確(que)地(di)測(ce)量(liang)每(mei)節(jie)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)壓(ya)。這(zhe)絕(jue)不(bu)是(shi)一(yi)件(jian)簡(jian)單(dan)的(de)工(gong)作(zuo)，因(yin)為(wei)各(ge)個(ge)電(dian)池(chi)位(wei)於(yu)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)高(gao)電(dian)壓(ya)電(dian)池(chi)串(chuan)的(de)不(bu)同(tong)點(dian)上(shang)，而(er)電(dian)池(chi)串(chuan)很(hen)容(rong)易(yi)遭(zao)受(shou)驚(jing)人(ren)的(de)電(dian)尖(jian)峰(feng)和(he)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao) (EMI)。電池管理係統 (BMS) 整合了電池電壓與電流、溫度和工作情況記錄
，以連續獲知每節電池的狀況。雖然這是一項棘手的難題
，但利用準確的監視和控製仍可實現電池組行車裏程
、可靠性和安全性的最大化。

HEV 或 EV 中電池的預計使用期限是 10~15 年，而當電池失去其原始容量的 80% 時即被認為處於其壽命末期。通過限製工作電荷狀態 (不允許電池滿充電或完全放電)，可最大限度地增加電池的使用壽命和可靠性。典型的電池組工作於一個受限的範圍內，例如：20% SOC 至 80% SOC，其中 SOC 表示“電荷狀態”。這些 SOC 限值可根據電池的老化和工作情況 (比如：高溫環境) 進行調節。由於采用了此類限值，故電池組不會以滿容量地使用。例如：以 20% SOC 至 80% SOC 來運作電池組將把可用 SOC 限製在這 60% 範圍。BMS suomianlindetiaozhanshishimeijiedianchijinkenengjiejinxianzhiyunzuo
，erbuyaochaoguoxianzhi。lidianchizaiqigongzuofanweineibiaoxianchupingtandefangdianquxian

，shideshangshutiaozhandenandujinyibujiada。yinci，zaizhenggegongzuofanweineidianchidianyadebianhuafeichangzhixiao，zuowei SOC 計算的一部分，電池監視器必須進行非常準確的測量。

為了闡明電池測量準確度的重要性，我們來看一下簡化的鋰電池放電曲線 (示於圖 1)。該曲線在整個工作區內具有一個恒定的 5mV/% (SOC) 斜率。倘若電池電壓測量準確度欠佳
，那麼工作在 20% 至 80% SOC 範圍之內且具有相似放電特性的電池組將麵臨嚴重的不利後果。
如圖 2 所示，倘若電池監視器具有一個 ±10mV 的電池電壓測量誤差，則 3.75V 的電池電壓測量值實際上有可能對應的真實電池電壓介於 3.74V 和 3.76V 之間。這對應的實際 SOC 範圍為 76% 至 80%。由於存在該測量誤差，因此必須利用一個“保護帶” 對工作範圍加以限製

，從而確保不超過工作限值。
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在本例中，必須把工作範圍限製在 22% 至 78% 的測量範圍 (而不是 20% 至 80%)。假如期望電池組保持相同的範圍，那麼具有該準確度的 BMS 將需要額外的電池容量以補償保護帶限製。假設 60% 的可用 SOC
，則電池容量必須加大 7% (注 1) 以補償 ±10mV 的電池測量誤差。對於一輛使用價格 3000 美元的 5kWh 電池組 (即每 kWh 電能的成本為 600 美元) 的 HEV 來說，這將造成成本額外增加 214 美元。
可以擴展該論點以凸顯針對各種不同電池測量誤差的“保護帶損失”及其與 SOC 範圍的相關性。如圖 3 所示
，測量誤差僅為 1mV 的係統所需的額外電池容量不到 1%，甚至當電池組被限製在一個 25% 至 75% 的 SOC 範圍 (即 50% 的可用 SOC) 時也不例外。
盡管大多數鋰電池在最初購得時通常匹配良好

，但隨著時間的推移及充電循環的延續，一長串電池的 SOC 將出現偏差。這是由於電池特性和局部工作條件的小幅變化引起的，這會導致小的自放電和負載電流差異。為避免使任何一節電池在其 SOC 範圍之外運作，當 SOC 出(chu)現(xian)偏(pian)差(cha)時(shi)，電(dian)荷(he)最(zui)不(bu)平(ping)衡(heng)的(de)那(na)幾(ji)節(jie)電(dian)池(chi)將(jiang)使(shi)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)總(zong)工(gong)作(zuo)範(fan)圍(wei)慢(man)慢(man)地(di)限(xian)製(zhi)。為(wei)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)，幾(ji)乎(hu)所(suo)有(you)的(de)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)都(dou)包(bao)括(kuo)了(le)電(dian)池(chi)電(dian)荷(he)平(ping)衡(heng)功(gong)能(neng)電(dian)路(lu)。

采用被動平衡時，具較高 SOC 的電池將放電以實現所有電池 SOC 的歸一化。這是一種低成本的簡單平衡法。然而，它存在重大的局限性：被bei動dong平ping衡heng僅jin通tong過guo移yi除chu電dian荷he來lai起qi作zuo用yong。其qi所suo耗hao費fei的de能neng量liang與yu電dian池chi電dian荷he不bu平ping衡heng的de幅fu度du之zhi間jian存cun在zai函han數shu關guan係xi
，並bing產chan生sheng大da量liang的de熱re量liang。這zhe意yi味wei著zhe必bi須xu保bao持chi相xiang對dui較jiao小xiao的de平ping衡heng電dian流liu
，通tong常chang為wei電dian池chi容rong量liang的de 5% 或以下。因此，被動平衡主要局限於離線操作，而且它需要大量的時間來完成。當 SOC 的變化量的增大時

，被動平衡的有效性逐步下降，而且隨著時間的推移

，SOC 的變化將由於電池容量偏差的出現而增加。

電dian池chi會hui隨sui著zhe其qi老lao化hua進jin程cheng而er損sun失shi容rong量liang
，各ge節jie電dian池chi的de老lao化hua過guo程cheng會hui由you於yu諸zhu多duo因yin素su的de影ying響xiang而er存cun在zai差cha異yi
，如ru電dian池chi組zu溫wen度du梯ti度du及ji電dian池chi製zhi造zao中zhong的de波bo動dong等deng。當dang容rong量liang存cun在zai差cha異yi時shi，電dian池chi將jiang更geng容rong易yi變bian至zhi不bu平ping衡heng的de狀zhuang態tai。即ji使shi隻zhi允yun許xu一yi節jie電dian池chi在zaiSOC限xian製zhi範fan圍wei以yi外wai運yun作zuo
，也ye將jiang由you於yu導dao致zhi電dian池chi過guo早zao老lao化hua而er使shi該gai問wen題ti愈yu發fa嚴yan重zhong。當dang電dian池chi容rong量liang出chu現xian偏pian差cha時shi，完wan全quan依yi賴lai被bei動dong平ping衡heng會hui變bian得de越yue來lai越yue困kun難nan。為wei避bi免mian受shou困kun於yu被bei動dong平ping衡heng的de局ju限xian性xing
，新xin型xing電dian池chi管guan理li係xi統tong開kai始shi逐zhu漸jian采cai取qu主zhu動dong平ping衡heng的de方fang法fa。

采用主動平衡時
，電荷在電池之間移動 (而不像采用被動平衡時那樣被浪費掉)。zhudongpinghengzaichongdianhefangdianzhouqilijiekeyunzuo。dangduidianchizuchongdianshi，zhudongpinghengqikejiangdianhecongjiaoruodedianchiyidongzhijiaoqiangdedianchi。erdangduidianchizujinxingfangdianshi，zekebadianhecongjiaoqiangdedianchiyizouyibuchangjiaoruodedianchi。dianhetongguomouzhonggaoxiaodianlu (比如：反激式轉換器) 進行轉移

，而不是白白消耗能量。因此，發熱量受到限製、平衡電流較大、而且平衡時間顯著減少。這允許在電池組使用的過程中進行主動平衡，因而能確保從每節單獨的電池獲取最大的容量。新型 IC (比如淩力爾特推出的 LTC3300 和 LT8584) 已可在汽車電池組中實現主動電荷平衡。
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理想情況是：主動平衡應在電池達到 SOC 範圍的末端時啟用 (注 2)。為闡明這一點，我們假設一個含有多節具均勻容量的電池以及一節較低容量“弱”電池的電池組。如果所有的電池都被充電至 80% SOC 並隨後放電，則那節弱電池的 SOC 將慢慢地與其餘的各節電池出現偏差。BMS 必須確定一個合適的點，以使平衡器能夠在其他電池繼續放電的同時將那節弱電池保持在運行狀態。圖 4 示出了放電周期中的 SOC 偏差情況，列舉了兩個例子：一個例子是一節電池的容量與電池組其餘電池相差 2%，而在另一個例子中則是相差 8%。BMS 電池測量誤差設定了一個用於確定電池之間相對狀態的限值。當 SOC 測量誤差為 ±2% (±10mV) 時，在電池測量電路可靠地檢測到這一情況之前電池彼此之間的電荷失衡最大有可能達到 4%。如果不具備遠遠優於 ±10mV 的電池測量準確度，那麼要在這條放電曲線的某個精確定義的點上實現一個主動平衡器幾乎將是不可能的。
測量準確度的意義並不局限於主動平衡。由該例可知，4% 的 SOC 差異將轉化為一個超過 6.6% 的容量變化 (注 3)。對於容量下降 20% zhihoujidadaoqishoumingmoqideqichedianchieryan

，zhejiushizhongdadebukehuifurongliang。gengzhongyaodeshi，dianchirongliangdebianhuashifanyingqijiankangzhuangkuangdeyixiangguanjianzhibiao
，erweichajiaoderongliangbianhuazeyoukenengshiyigeyanzhongdewenti。

當考慮這個簡單例子以外的複雜狀況時
，電池測量準確度的重要性就變得更加清楚了。例如：大多數電池組都存在連續的容量變化
，並具有更加細微和難以檢測的 SOC 偏差。而且，電池在開始放電時不太可能都處於 80% SOC，因而或許會進一步掩蓋容量的變化。另外，應注意到 SOC 計ji算suan需xu要yao多duo個ge參can數shu，這zhe一yi點dian也ye是shi很hen重zhong要yao的de。這zhe些xie其qi他ta參can數shu的de測ce量liang誤wu差cha並bing未wei減jian低di對dui於yu準zhun確que電dian池chi電dian壓ya測ce量liang的de要yao求qiu。相xiang反fan，犧xi牲sheng電dian池chi測ce量liang準zhun確que度du將jiang很hen可ke能neng展zhan寬kuan電dian池chi壽shou命ming的de分fen布bu。

dianchijianshiqineibudedianyajizhunshiceliangwuchadezhuyaojuedingyinsu。dianyajizhunzhongderenhebianhuadoujiangzhijiedaozhidianchiceliangzhunquedudexiajiang。muqianzheyidaidianchijianshiqiyikaodeshidaixidianyajizhun。lilunshangjiang
，daixijizhunfeichangshiheyuzhenghedaofuzadejichengdianlu (比如：電池組監視器) 之中，因為它們隻需極少的芯片空間、低功率和低裕量電壓。然而

，帶隙基準對於機械應力、IR 回流焊和濕度很敏感，因而會導致熱遲滯和長期漂移。對於那些需要在 15 年以上的時間裏保持非常高準確度的高精度儀表，有一種更好的選擇。最新的電池監視器 (例如：淩力爾特的 LTC6804) 內置了一個掩埋式齊納電壓基準。掩埋式齊納電壓基準可在整個時間和工作條件下提供出色的長期穩定性和準確度。運用這種方法，LTC6804 能夠保證一個低於 1.2mV 的電池電壓總測量誤差。

電池監視器的準確度並非限製在測量本身的準確度。必需對汽車環境中電池測量加以考慮，這裏存在著大量由逆變器
、執行器
、開kai關guan和he繼ji電dian器qi等deng所suo引yin起qi的de電dian噪zao聲sheng和he瞬shun變bian。此ci類lei噪zao聲sheng嵌qian入ru在zai電dian池chi信xin號hao之zhi內nei，而er在zai重zhong視shi準zhun確que度du的de場chang合he中zhong必bi須xu消xiao除chu該gai噪zao聲sheng。通tong過guo在zai每mei節jie電dian池chi上shang布bu設she一yi個ge RC 濾波器可實現適度的降噪;eryouyuchengbenhedianlubankongjiandeyuanyin，zaimeijiedianchishangshiyongyigejiaogaojiedelvboqidianlushibuqieshijide。tongguoduilaizimeicixinhaoceliangdeduogeyangbenjinxingchuli
，keyixiaochushiliangdezaosheng;鑒(jian)於(yu)電(dian)池(chi)數(shu)量(liang)眾(zhong)多(duo)，故(gu)需(xu)將(jiang)海(hai)量(liang)數(shu)據(ju)傳(chuan)送(song)至(zhi)一(yi)個(ge)中(zhong)央(yang)處(chu)理(li)器(qi)，因(yin)而(er)使(shi)得(de)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)同(tong)樣(yang)不(bu)具(ju)備(bei)實(shi)用(yong)性(xing)。一(yi)種(zhong)實(shi)用(yong)而(er)有(you)效(xiao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)消(xiao)除(chu)電(dian)池(chi)監(jian)視(shi)器(qi)內(nei)部(bu)的(de)噪(zao)聲(sheng)。例(li)如(ru)：淩力爾特的 LTC6804 采用了具內置三階噪聲濾波功能電路的增量-累加 (ΔΣ) 型 ADC。這一點與寬帶 SAR ADC 是截然不同的，後者的快速采集對於被噪聲損壞的信號其數值有限 (注 4)。為了優化速度和降噪性能
，LTC6804 的 ΔΣ ADC 能采用不同的拐角頻率 (範圍從 27kHz 至 26Hz) 運作。對於汽車環境而言，采用 ΔΣ ADC 的方法是相當有效的。

隨(sui)著(zhe)大(da)功(gong)率(lv)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)不(bu)斷(duan)地(di)向(xiang)主(zhu)流(liu)產(chan)品(pin)邁(mai)進(jin)，對(dui)於(yu)電(dian)池(chi)監(jian)視(shi)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)需(xu)求(qiu)也(ye)將(jiang)日(ri)益(yi)迫(po)切(qie)。汽(qi)車(che)隻(zhi)會(hui)提(ti)供(gong)嚴(yan)酷(ku)惡(e)劣(lie)的(de)使(shi)用(yong)環(huan)境(jing)
，同(tong)時(shi)要(yao)求(qiu)盡(jin)可(ke)能(neng)高(gao)的(de)性(xing)能(neng)與(yu)可(ke)靠(kao)性(xing)。為(wei)了(le)實(shi)現(xian)期(qi)望(wang)的(de)行(xing)駛(shi)裏(li)程(cheng)
、可ke靠kao性xing和he安an全quan性xing，就jiu必bi需xu周zhou密mi地di考kao慮lv造zao成cheng性xing能neng損sun失shi的de每mei一yi種zhong不bu起qi眼yan的de源yuan頭tou。如ru欲yu獲huo取qu所suo有you的de可ke用yong電dian能neng
，則ze需xu要yao運yun用yong諸zhu如ru電dian池chi電dian荷he主zhu動dong平ping衡heng等deng尖jian端duan技ji術shu。此ci外wai，還hai需xu要yao實shi施shi盡jin可ke能neng準zhun確que和he穩wen定ding的de電dian池chi電dian壓ya測ce量liang。

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