混合动力:电子器件提高电动汽车的电池性能

2013-08-05 14:59 来源:电子信息网 作者:蒲公英

更高的准确度意味着更低的成本

模拟前端IC的测量准确度对系统成本有直接影响。需要准确的测量以实现有用的电荷状态(SOC)计算。为了实现长寿命,电池组一般在20%至80%的SOC之间工作。如果在SOC计算中有5%的不确定性,那么电池组的尺寸就必须增大5%,这导致电池的成本显著增大。给一个16kW-hr电池组增加5%的容量,需要约360欧元(460美元)。改进SOC计算以实现1%的误差意味着,每个电池组能节省约300欧元(385美元)。

电池电压测量是SOC算法的关键要素。当测量3.3V LiFePO4(磷酸铁锂)电池时,IC电源和电池组开发人员都集中采用总测量误差1mV的规格。

对于诸如售价480欧元(615美元)的Fluke-289手持式万用表等实验室设备,测量3.3V至1mV以内的电压是司空见惯的。AFE IC必须以1/100的成本提供相同的性能,并在汽车环境中连续工作15个年。只有为数不多的IC技术能够实现这一目标。

真实世界中的准确度

什么样的IC技术最适合电池测量呢?答案可从图2(典型AFE IC的方框图)的误差分析获得。12个串接电池之一由多路复用器(MUX)模块来选择。通过闭合“S”开关把电池电压存储在一个电容器上。断开“S”开关,然后闭合“T”开关。电池两端的电压将转移至ADC。这种“飞跨电容器”方案消除了顶端电池33V的大共模电压,并保持了3.3V的差分电压。模数转换器(ADC)将电池电压与其电压基准进行比较,并产生一个与VCELL和VREF之比成比例的数字结果。

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图2:典型模拟前端IC

DATA I/O:数据I/O

VOLTAGE REFERENCE:电压基准

如果开关的阻抗太大,无法在很短的采样时间内给电容器充电,那么MUX和飞跨电容器就可能引入测量误差。细致的开关电容器设计可消除这个误差项。

由ADC进行从模拟到数字的转换还可能由于器件失配而引入误差。其次,细致的设计与器件微调相结合,可降低ADC引起的误差。

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