高精度电池测量为电池管理增添了实际价值

电池会随着其老化进程而损失容量，各节电池的老化过程会由于诸多因素的影响而存在差异，例如：电池组温度梯度及电池制造中的波动等。当容量存在差异时，电池将更容易变至不平衡的状态。即使只允许一节电池在 SOC 限制范围以外运作，也模压电感器将由于导致电池过早老化而使该问题愈发严重。当电池容量出现偏差时，完全依赖被动平衡会变得越来越困难电感生产。为避免受困于被动平衡的局限性，新型电池管理系统开始逐渐采取主动平衡的方法。

采用主动平衡时，电荷在电池之间移动 (而不像采用被动平衡时那样被浪费掉)。主动平衡在充电和放电周期里皆可运作。当对电池组充电时，主动平衡器可将电荷从较弱的电池移动至较强的电池。而当对电池组进行放电时，则可把电荷从较强的电池移走以补偿较弱的电池。电荷通过某种高效电路 (比如：反激式转换器) 进行转移，而不是白白消耗能量。因此，发热量受到限制、平衡电流较电感生产大、而且平衡时间显著减少。这允许在电池组使用的过程中进行主动平衡，因而能确保从每节单独的电池获取最大的容量。新型 IC (比如凌力尔特推出的 LTC3300 和 LT8584) 已可在汽车电池组中实现主动电荷平衡。

理想的情况是：主动平衡应在电池达到 SOC 范围的末端时启用 (注 2)。为阐明这一点，我们假设一个含有多节具均匀容量的电池以及一节较低容量“弱”电池的电池组。如果所有的电池都被充电至 80% SOC 并随后放电，则那节弱电池的 SOC 将慢慢地与其余的各节电池出现偏差。BMS 必须确定一个合适的点，以使平衡器能够在其他电池继续放电的同时将那节弱电池保持在运行状态。图 4 示出了放电周期中的 SOC 偏差情况，列举了两个例子：一个例子是一节电池的容量与电池组其余电池相差 2%，而在另一个例子中则是相差 8%。BMS 电池测量误差设定了一个用于确定电池之间相对状态的限值。当 SOC 测量误差为 ±2% (±10mV) 时，在电池测量电路可靠地检测到这一情况之前电池彼此之间的电荷失衡最大有可能达到 4%。如果不具备远远优于 ±10mV 的电池测量准确度，那么要在这条放电曲线的某个精确定义的点上实现一个主动平衡器几乎将是不可能的。

图 4：电池容量差异的检测依赖于测量准确度

测量准确度的意义并不局限于主动平衡。由该例可知，4% 的 SOC 差异将转化为一个超过 6.6% 的容量变化 (注 3)。对于容量下降 20% 之后即达到其寿命末期的汽车电池而言，这就是重大的不可恢复容量。更重要的是，电池容量的变化是反映其健康状况的一项关键指标，而未察觉的容量变化则有可能是一个严重的问题。

当考虑这个简单例子以外的复杂状况时，电池测量准确度的重要性就变得更加清楚了。例如：大多数电池组都存在连续的容量变化，并具有更加细微和难以检测的 SOC 偏差。而且，电池在开始放电时不太可能都处于 80% SOC，因而或许会进一步掩盖容量的变化。另外，应注意到 SOC 计算需要多个参数，这一点也是很重要的。这些其他参数的测量误差并未减低对于准确电池电压测量的要求。相反，牺牲电池测量准确度将很可能展宽电池寿命的分布。

电池监视器内部的电压基准是测量误差的主要决定因素。电压基准中的任何变化都将直接导致电池测量准确度的下降。目前这一代电池监视器依靠的是带隙电压基准。理论上讲，带隙基准电感器批发非常适合于整合到复杂的集成电路 (比如：电池组监视器) 之中，因为它们只需极少的芯片空间、低功率和低裕量电压。然而，带隙基准对于机械应力、IR 回流焊和湿度很敏感，因而会导致热迟滞和长期漂移。对于那些需要在 15 年以上的时间里保持非常高准确度的高精度仪表，有一种更好的选择。最新的电池监视器 (例如：凌力尔特的 LTC6804) 内置了一个掩埋式齐纳电压基准。掩埋式齐纳电压基准可在整个时间和工作条件下提供出色的长期稳定性和准确度。运用这种方法，LTC6804 能够保证一个低于 1.2mV 的电池电压总测量误差。

电池监视器的准确度并非限制在测量本身的准确度。必需对汽车环境中电池测量加以考虑，这里存在着大量由逆变器、执行器、开关和继电器等所引起的电噪声和瞬变。此类噪声嵌入在电池信号之内，而在重视准确度的场合中必须消除该噪声。通过在每节电池上布设一个 RC 滤波器可实现适度的降噪;而由于成本和电路板空间的原因，在每节电池上使用一个较高阶的滤波器电路是不切实际的。通过对来自每次信号测量的多个样本进行处理，可以消除适量的噪声;鉴于电池数量众多，故需将海量数据传送至一个中央处理器，因而使得这种方法同样不具备实用性。一种实用而有效的解决方案是消除电池监视器内部的噪声。例如：凌力尔特的 LTC6804 采用了具内置三阶噪声滤波功能电路的增量-累加 (ΔΣ) 型 ADC。这一点与宽带 SAR ADC 是截然不同的，后者的快速采集对于被噪声损坏的信号其数值有限 (注 4)。为了优化速度和降噪性能，LTC6804 的 ΔΣ ADC 能采用不同的拐角频率 (范围从 27kHz 至 26Hz) 运作。对于汽车环境而言，采用 ΔΣ ADC 的方法是相当有效的。

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