汽車市場是淩力爾特公司重點關注的終端市場。上一財年，我們在汽車市場的收入已經增長到占公司總收入的 20%
，增長速度持續高於公司的總體增長速度。汽車行業的大部分創新和差異化都源自汽車電子係統。提高行車安全性、燃(ran)油(you)效(xiao)率(lv)和(he)舒(shu)適(shi)度(du)的(de)需(xu)求(qiu)創(chuang)造(zao)了(le)巨(ju)大(da)商(shang)機(ji)。混(hun)合(he)動(dong)力(li)型(xing)和(he)全(quan)電(dian)動(dong)型(xing)汽(qi)車(che)的(de)激(ji)增(zeng)將(jiang)穩(wen)步(bu)促(cu)進(jin)對(dui)創(chuang)新(xin)性(xing)模(mo)擬(ni)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)需(xu)求(qiu)。除(chu)了(le)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)的(de)增(zeng)加(jia)

，全(quan)球(qiu)潛(qian)在(zai)汽(qi)車(che)市(shi)場(chang)預(yu)計(ji)也(ye)將(jiang)出(chu)現(xian)穩(wen)步(bu)增(zeng)長(chang)。

 

wulunmeinianxiaoshouduoshaoliangqiche

，qichezhongdedianzixitongdouhuijixuzengjia。duihunhedonglixinghequandiandongxingqichedexuqiujinyibutuijinleqichedianzishichangdezengchang。suizhejiangdianchizuoweidianyuanzhezhongfangshiriyiliuxing

，duiyuzuidaxianduyanchangdianchikeyongshouming，yechuxianletongyangdexuqiu。dianchibupingheng (即組成電池包的各節電池之間的充電狀態失配) 是大型鋰離子電池包的一個問題
，這個問題是由製造過程、工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)和(he)電(dian)池(chi)老(lao)化(hua)程(cheng)度(du)的(de)不(bu)同(tong)造(zao)成(cheng)的(de)。電(dian)池(chi)不(bu)平(ping)衡(heng)可(ke)能(neng)減(jian)小(xiao)電(dian)池(chi)包(bao)的(de)總(zong)體(ti)容(rong)量(liang)，並(bing)有(you)可(ke)能(neng)損(sun)壞(huai)電(dian)池(chi)包(bao)。電(dian)池(chi)不(bu)平(ping)衡(heng)妨(fang)礙(ai)了(le)從(cong)充(chong)電(dian)狀(zhuang)態(tai)到(dao)放(fang)電(dian)狀(zhuang)態(tai)的(de)電(dian)池(chi)跟(gen)蹤(zong)過(guo)程(cheng)
，而(er)這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)如(ru)果(guo)不(bu)能(neng)嚴(yan)格(ge)監(jian)控(kong)，就(jiu)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)過(guo)度(du)充(chong)電(dian)或(huo)過(guo)度(du)放(fang)電(dian)，這(zhe)將(jiang)永(yong)久(jiu)性(xing)地(di)損(sun)壞(huai)電(dian)池(chi)。

 

對dui於yu混hun合he電dian動dong型xing汽qi車che和he全quan電dian動dong型xing汽qi車che電dian池chi包bao中zhong使shi用yong的de電dian池chi
，電dian池chi製zhi造zao商shang會hui針zhen對dui其qi容rong量liang和he內nei部bu阻zu抗kang進jin行xing分fen類lei
，以yi減jian少shao交jiao付fu給gei客ke戶hu的de特te定ding批pi次ci電dian池chi之zhi間jian的de差cha別bie。然ran後hou，用yong仔zai細xi挑tiao選xuan過guo的de電dian池chi構gou成cheng汽qi車che電dian池chi包bao，以yi提ti高gao電dian池chi包bao中zhong電dian池chi之zhi間jian的de總zong體ti匹pi配pei度du。理li論lun上shang
，這zhe樣yang做zuo應ying該gai能neng夠gou防fang止zhi電dian池chi包bao中zhong出chu現xian很hen嚴yan重zhong的de電dian池chi不bu平ping衡heng，但dan是shi盡jin管guan如ru此ci
，一yi個ge普pu遍bian的de共gong識shi是shi，組zu成cheng大da型xing電dian池chi包bao時shi，要yao在zai電dian池chi包bao壽shou命ming期qi內nei保bao持chi很hen大da的de電dian池chi容rong量liang

，電dian池chi監jian控kong和he電dian池chi平ping衡heng都dou需xu要yao。淩ling力li爾er特te新xin的de電dian池chi管guan理li係xi統tong (BMS) 產品係列正是為了滿足這種需求而設計的，這些產品係列廣受歡迎，是目前在產及投入使用的小汽車和客車中采用的，也是為數不多的 BMS 品牌之一。

 

目前，大型、高壓可充電電池係統是電動型汽車中常見的動力源。這類大型電池組由串聯 / 並聯電池陣列組成
，能夠存儲大量能量(數10千瓦時)。鋰聚合物或 LiFePO4 電(dian)池(chi)是(shi)常(chang)見(jian)選(xuan)擇(ze)
，因(yin)為(wei)這(zhe)類(lei)電(dian)池(chi)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)高(gao)，有(you)很(hen)強(qiang)的(de)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)能(neng)力(li)。與(yu)單(dan)節(jie)電(dian)池(chi)應(ying)用(yong)一(yi)樣(yang)

，必(bi)須(xu)仔(zai)細(xi)控(kong)製(zhi)這(zhe)類(lei)電(dian)池(chi)組(zu)中(zhong)各(ge)節(jie)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)，並(bing)嚴(yan)格(ge)監(jian)控(kong)各(ge)節(jie)電(dian)池(chi)，以(yi)確(que)保(bao)安(an)全(quan)運(yun)行(xing)
，防(fang)止(zhi)電(dian)池(chi)過(guo)早(zao)老(lao)化(hua)或(huo)損(sun)壞(huai)。不(bu)過(guo)，與(yu)單(dan)節(jie)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)不(bu)同(tong)的(de)是(shi)，串(chuan)聯(lian)連(lian)接(jie)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)產(chan)生(sheng)了(le)一(yi)個(ge)額(e)外(wai)的(de)要(yao)求(qiu)：電池平衡。

 

當電池組中的所有電池都有同樣的電荷狀態(SoC)時

，這些電池是“平衡的”。SoC 指的是
，隨著各節電池的充電和放電，其當前剩餘容量與其最大容量之比。例如，一個10 A-hr電池，當前剩餘容量是 5A-hr


，那麼其 SoC 就是50%。所有電池都必須保持在同一個SoC範圍之內，以避免損壞或縮短壽命。如應用不同，所允許的SoC最小值和最大值也不同。在最重視電池運行時間的應用中，所有電池都可能在20% SoC最小值和100% (滿充電狀態)最大值之間運行。要求電池壽命最長的應用也許限製SoC範圍為最小30% 至最大70%。這些數值是電動型汽車的典型 SoC 限製
，這類汽車采用非常大、非常昂貴的電池，更換成本極高。BMS 的主要作用就是

，仔細監視電池組中的所有電池，確保所有電池在充電和放電時，無一超出該應用的最小和最大SoC限製。

 

對於串聯/bingliandianchizhenlie
，jiadingbinglianlianjiededianchixianghuzhijianhuizidongpingheng，yibaneryanshianquande。yejiushishuo
，suizheshijianbianhua，binglianlianjiedianchidedianhezhuangtaihuizidongpingheng，zhiyaodianchiduanzizhijiandechuandaotonglucunzai。jiadingchuanlianlianjiedianchidedianhezhuangtaisuishijianbianhuawangwangchuxianpianli，daozhipianlideyinsuyouduozhong。dianchibaozhongdianchidewendubianhualvhuozukangbutong、自放電速率不同或各節電池的加載不同，都可能導致 SoC逐zhu漸jian發fa生sheng變bian化hua。盡jin管guan與yu電dian池chi包bao的de充chong電dian和he放fang電dian電dian流liu相xiang比bi，電dian池chi之zhi間jian的de這zhe些xie不bu同tong往wang往wang顯xian得de不bu那na麼me重zhong要yao
，但dan是shi電dian荷he狀zhuang態tai失shi配pei會hui逐zhu漸jian累lei積ji而er不bu會hui減jian弱ruo，除chu非fei對dui所suo有you電dian池chi進jin行xing周zhou期qi性xing平ping衡heng。各ge節jie電dian池chi的de SoC會hui逐zhu步bu變bian化hua，需xu要yao補bu償chang，這zhe是shi平ping衡heng串chuan聯lian連lian接jie電dian池chi的de最zui根gen本ben理li由you。一yi般ban而er言yan，對dui於yu容rong量liang嚴yan格ge匹pi配pei的de電dian池chi組zu，無wu源yuan或huo消xiao耗hao性xing平ping衡heng方fang法fa足zu以yi應ying對duiSoC 的再平衡問題。

 

無源平衡方法簡單、價格低廉。然而，無源平衡速度非常慢，在電池包內部產生不想要的熱量，是通過降低所有電池的剩餘容量以與電池組中SoC最低的電池匹配
，從而實現電池平衡。由於另一個常見問題，即容量失配，因而無源平衡方法有效應對SoC誤(wu)差(cha)的(de)能(neng)力(li)也(ye)不(bu)足(zu)。所(suo)有(you)電(dian)池(chi)都(dou)隨(sui)著(zhe)老(lao)化(hua)而(er)出(chu)現(xian)容(rong)量(liang)下(xia)降(jiang)，而(er)且(qie)由(you)於(yu)與(yu)前(qian)述(shu)類(lei)似(si)的(de)原(yuan)因(yin)，容(rong)量(liang)下(xia)降(jiang)的(de)速(su)度(du)往(wang)往(wang)不(bu)同(tong)。既(ji)然(ran)入(ru)出(chu)所(suo)有(you)串(chuan)聯(lian)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)電(dian)流(liu)是(shi)相(xiang)等(deng)的(de)，那(na)麼(me)電(dian)池(chi)組(zu)中(zhong)容(rong)量(liang)最(zui)低(di)的(de)電(dian)池(chi)就(jiu)決(jue)定(ding)了(le)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)可(ke)用(yong)容(rong)量(liang)。隻(zhi)有(you)有(you)源(yuan)平(ping)衡(heng)方(fang)法(fa)才(cai)能(neng)在(zai)整(zheng)個(ge)電(dian)池(chi)組(zu)範(fan)圍(wei)內(nei)重(zhong)新(xin)分(fen)配(pei)電(dian)荷(he)，補(bu)償(chang)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)失(shi)配(pei)導(dao)致(zhi)的(de)容(rong)量(liang)下(xia)降(jiang)。

 

電池之間無論是容量還是SoC失(shi)配(pei)，都(dou)會(hui)嚴(yan)重(zhong)降(jiang)低(di)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)可(ke)用(yong)容(rong)量(liang)，除(chu)非(fei)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)是(shi)平(ping)衡(heng)的(de)。要(yao)最(zui)大(da)限(xian)度(du)提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)組(zu)容(rong)量(liang)

，就(jiu)要(yao)求(qiu)在(zai)電(dian)池(chi)組(zu)充(chong)電(dian)和(he)放(fang)電(dian)時(shi)，電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)是(shi)平(ping)衡(heng)的(de)。

 

例如
，有一個由10 節電池串聯組成的電池組，每節電池都是 100A-hr (標稱值)，從容量最小的電池到容量最大的電池，容量誤差為+/-10%

，對這個電池組充電和放電，直至達到預先設定的SoC限製為止。如果SoC值限製在 30% 至70%，且沒有進行電池平衡，那麼在一次完整的充電/放電周期之後，相對於這些電池的理論可用容量，實際可用電池組容量降低25%。在電池組充電時，無源平衡方法理論上可以平衡每節電池的SoC，但是在電池組放電時，這種方法卻無法防止10 號電池先於其他電池達到 30% SoC 值。即使在電池組充電時采用了無源平衡，在電池組放電時仍然會有大量容量“丟失”(不可用)。隻有采用有源平衡解決方案
，在電池組放電時，從高SoC電池向低SoC電池重新分配電荷，才能實現“容量恢複”。

 

采用 “理想的”有源平衡方法，可以100%恢複由於電池失配而“丟失的”容量。在穩定狀態下使用這種方法時
，當電池組從其70% SoC“滿”充電狀態放電時，必須將1號電池(容量最大的電池) 存儲的電荷有效地取出，並傳送給10號電池(容量最小的電池)，否則10號電池就會先於其餘電池達到其 30% 最低SoC 值，這時電池組放電必須停止
，以防電池組壽命進一步縮短。類似地

，在充電時，電荷必須從10號電池轉移出來
，重新分配給1號電池，否則10號電池就會先於其他電池達到其 70% SoC 上shang限xian
，充chong電dian周zhou期qi就jiu必bi須xu終zhong止zhi。在zai電dian池chi組zu工gong作zuo壽shou命ming期qi內nei的de某mou一yi點dian，電dian池chi老lao化hua程cheng度du的de不bu同tong將jiang不bu可ke避bi免mian地di導dao致zhi電dian池chi之zhi間jian的de容rong量liang失shi配pei。隻zhi有you有you源yuan平ping衡heng解jie決jue方fang案an才cai能neng通tong過guo按an需xu從cong高gao SoC 電池向低 SoC 電池重新分配電荷
，以實現 “容量恢複”。要想在電池組壽命期內實現最大電池組容量，就需要用有源平衡解決方案給各節電池高效率地充電和放電，以在整個電池組內保持SoC 平衡。

 

淩力爾特的 LTC3300(參見圖1) 是一款專門為滿足電動型汽車高性能有源平衡需求而設計的新產品。LTC3300 是一款高效率
、雙向有源平衡控製 IC，是高性能BMS係統的關鍵組件。每款 IC 都可以同時平衡多達 6 節串聯連接的鋰離子或 LiFePO4 電池。

圖 1：淩力爾特的 LTC3300 是一款麵向電動型汽車的雙向有源電池平衡器

 

SoC平衡是通過在指定電池和多達12節或更多相鄰電池之間重新分配電荷來實現。平衡決策和平衡算法必須由一個單獨的、控製LTC3300的監視器件和係統處理器來處理。從指定電池向12節或更多相鄰電池重新分配電荷，以給該電池放電。類似地，從12節(jie)或(huo)更(geng)多(duo)相(xiang)鄰(lin)電(dian)池(chi)向(xiang)指(zhi)定(ding)電(dian)池(chi)傳(chuan)送(song)電(dian)荷(he)，以(yi)給(gei)該(gai)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)。所(suo)有(you)平(ping)衡(heng)器(qi)都(dou)可(ke)以(yi)同(tong)時(shi)以(yi)某(mou)一(yi)電(dian)荷(he)傳(chuan)送(song)方(fang)向(xiang)運(yun)行(xing)，以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)縮(suo)短(duan)電(dian)池(chi)組(zu)平(ping)衡(heng)時(shi)間(jian)。所(suo)有(you)平(ping)衡(heng)控(kong)製(zhi)命(ming)令(ling)都(dou)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)可(ke)疊(die)置(zhi)的(de)

、噪聲裕度很大的串行 SPI 接口提供給每個IC，而對疊置高度沒有限製。

 

LTC3300 中的每個平衡器都采用非隔離式、邊界模式同步反激式電源級，以實現各節電池的高效率充電和放電。6 個平衡器中每一個都需要自己的變壓器。每個變壓器的“主”邊都跨接在被平衡的電池兩端，“副”邊則跨接在12節(jie)或(huo)更(geng)多(duo)相(xiang)鄰(lin)電(dian)池(chi)構(gou)成(cheng)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)兩(liang)端(duan)
，其(qi)中(zhong)包(bao)括(kuo)被(bei)平(ping)衡(heng)的(de)電(dian)池(chi)。副(fu)邊(bian)跨(kua)接(jie)的(de)電(dian)池(chi)數(shu)量(liang)僅(jin)受(shou)到(dao)外(wai)部(bu)組(zu)件(jian)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)的(de)限(xian)製(zhi)。與(yu)外(wai)部(bu)開(kai)關(guan)和(he)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)調(tiao)節(jie)範(fan)圍(wei)相(xiang)對(dui)應(ying)，電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)和(he)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)可(ke)通(tong)過(guo)外(wai)部(bu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)器(qi)設(she)定(ding)為(wei)高(gao)達(da)10A以上的值。是否排序以及是否對通過主邊和副邊組件的 IPEAK/IZERO dianliujinxingjiance，qujueyupinghengqishifouqidongyigeimoujiedianchichongdianhuofangdian。tongguotongbuyunxingheqiadangdixuanzezujiankeyishixiangaoxiaolv。gegepinghengqidoushitongguoBMS係統處理器啟動的
，這些平衡器將保持啟動狀態
，直到BMS命令要求停止平衡或者檢測到故障情況為止。

 

dianchibaozuidadenantizhiyishireliang。gaohuanjingwenduhuixunsusuoduandianchishoumingbingjiangdiqixingneng。buxingdeshi，zaidadianliudianchixitongzhong，pinghengdianliuyebixuhenda，yiyanchangyunxingshijian
，huoshixiandianchibaodekuaisuchongdian。xiaolvqianjiadepinghengqihuidaozhidianchixitongneichanshengbuxiangyaodereliang，zhegewentibixutongguojianshaozaigeidingshijiankeyiyunxingdepinghengqishulianghuozhetongguoangguidejianrefangfalaijiejue。LTC3300在充電和放電方向都能實現>90% 的效率，相對於效率為80%的de解jie決jue方fang案an而er言yan，在zai平ping衡heng器qi功gong耗hao相xiang等deng的de情qing況kuang下xia，這zhe允yun許xu平ping衡heng電dian流liu提ti高gao一yi倍bei以yi上shang。此ci外wai
，平ping衡heng器qi效xiao率lv越yue高gao，電dian荷he分fen配pei就jiu越yue有you效xiao，這zhe又you會hui使shi容rong量liang恢hui複fu更geng有you效xiao、充電速度更快。

圖 2：LTC3300 怎樣在整個電池組內傳送電荷

 

在整個電池組內傳送電荷是通過副邊交錯連接實現的，如圖 2 所示。以這種方式交錯連接
，允許電荷從 6 jiedianchigouchengderenhedianchizuchuansongdaoxianglindianchizu。qingzhuyi，xianglindianchizaidianchizuzhongkeyishishangmiandedianchi，yekeyishixiamiandedianchi。dangyouhuapinghengsuanfashi，zhezhonglinghuoxingfeichangyouyong。duijiaocuoxitongdechangjianwujieshi：從cong非fei常chang長chang的de電dian池chi組zu的de頂ding部bu向xiang底di部bu重zhong新xin分fen配pei電dian荷he效xiao率lv一yi定ding非fei常chang低di
，因yin為wei從cong頂ding部bu向xiang底di部bu移yi動dong電dian荷he需xu要yao大da量liang轉zhuan換huan。然ran而er實shi際ji上shang

，僅jin通tong過guo向xiang或huo自zi最zui靠kao近jin需xu要yao平ping衡heng的de電dian池chi的de那na些xie電dian池chi重zhong新xin分fen配pei電dian荷he
，就jiu可ke完wan成cheng大da多duo數shu平ping衡heng。在zai由you10節或更多節電池組成的副邊電池組中，僅通過運行1個平衡器
，就允許比較薄弱的電池恢複超過 90%“丟失”的容量，否則這種電池就會限製整個電池組的運行時間。因此，憑借LTC3300 的交錯拓撲
，無需從電池組頂部一路將電荷移動到底部
，大多數平衡工作是靠相鄰電池在局部完成的。

 

除了提供出色的電氣性能，LTC3300 雙向有源平衡器還提供很多行車安全功能，以防止平衡時出現閃失，並保持最高可靠性。數據完整性校驗 (對所有入出數據、看門狗定時器和回讀數據進行CRC 校驗) 防止平衡器響應意外或錯誤的命令。可編程伏-miaoqianweiquebaopinghengshidianliujianceguzhangbuhuidaozhichuxiandianliushikong。zhudianchiguoyaheqianyaxiaoyanyijifubianguoyajiancekezaipinghengshifangzhituranfashengdedianchishuxianguzhangsunhuaipinghengdianlu。

 

這些特性使 LTC3300 nenggouzaichuanliandianchixitongzhongtigonggaoxingneng，bingtigongkekaodeyouyuanpingheng，lirudiandongxingqichezhongchangjiandenaleichuanliandianchixitong。suizhezheleixitongzhongdianchidelaohuahuoxuyaogenghuan，buchangyoucidaozhidedianchirongliangshipeiyifangjinyibusunhaiyunxingshijian、充電時間或電池包壽命，這變得越來越重要了。