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ADI 混合动力汽车(HEV)/电动汽车(EV) 锂电池管理解决方案

 2013-03-27

应用描述 由于锂电池在混合动力汽车和纯电动汽车领域的出色电能和功率特性,汽车行业开始从镍氢电池转向锂电池解决方案。 通常,小型/中型混合动力汽车所需的电池电压在60V至200V之间。镍氢电池在这些电压和能量级别上有一定的优势。然而,完全混合/插电式混合动力或纯电动汽车通常需要300V以上的电池组,锂电池正是理想之选。

 

尽管电池组尺寸不同,但各种锂电池动力系统在以下几方面具有类似的要求:具备监控功能;在苛刻的环境下能够保持良好的性能;提 供可靠、安全的电量管理;降低系统的整体成本。

 

系统需求与设计挑战 为了最大限度的利用锂电池的电能,并且充分保证使用寿命,必须引入复杂的电池监控电路。这些电子电路能够监控电池单元的电压与 温度,监控由多个电池单元串联而成的电池组的电压与电流,平衡电池单元之间的电压,并跨越势垒传输数据信号,其目的在于确保电池在驱动和充电时高效、安全地工作,并能延长电池的使用时间。

  

在高共模电压和高达200A开关瞬变的情况下,电池管理系统(BMS)必须对不同的电池单元进行精确的测量。系统的精度必须达到mV级, 采样必须在严格的延迟时间范围内保持同步。采样速度和精度都会影响整个系统的效率。

  

可靠性是关键要求之一。系统必须提供安全机制,以便检测电池单元、电缆、监控电路和通信总线等的故障。一般使用主监控器和备用 监控器来给系统提供冗余性能。此外,数据保护机制也有助于进行错误检测。

  

系统还要求BMS具备较低功耗以减少对电池电量的消耗,同时避免加剧电池不平衡,所以主监控器IC、备用监控器IC和隔离电路的功耗应 尽可能低。

 

ADI公司的解决方案

ADI公司是全球领先的信号处理和高性能模拟技术供货商,以质量卓越、稳定可靠而著称,同时与全球领先的汽车电子厂商拥有良好的 合作关系。因此,完全具备深厚的技术实力和系统知识提供优化的解决方案,满足这些具有挑战性的BMS需求。

 

ADI公司的主监控IC产品AD7280A能够对6个信道的电压和温度进行监测,典型精度达±1.6mV(典型值)。多个AD7280A可采用菊花链连接,单 个电路板最多可监控48个电池单元。该IC提供业界最快的转换速度和最佳数据保护。每通道转换时间仅1μs,这意味着多个信道的数据转 换几乎是同步的。完成48个电池单元的转换和数据读取还不到2ms。IC与处理器之间的读、写通信可在CRC的保护下进行。此外,IC还提 供被动式电池单元平衡控制功能。通常,转换模式下功耗小于6mA;断电模式下功耗小于1.8uA。

  

ADI公司的AD8280还提供备用监控功能,在监控系统环路的其它电路出现问题时,可以独立报告电池故障。AD7280A与AD8280结合使用有 助于实现系统级安全目标。集成PGA、ADC和处理器内核的ADuC703x为用户提供了一个经济、高效的电池组电流测量方案,可实现超高动态范围和精度的电流测量。

  

ADI公司的数字隔离器iCoupler®为汽车应用而优化,可在高数据速率下实现最低功耗。其封装尺寸小、信道选项多,因此,它所需组件量 和占用电路板面积都最小;此外,该系列在整个使用周期内提供其高可靠性和质量保证。该系列被广泛用做高电压电路与低电压电路之 间的SPI/GPIO/时钟隔离器。isoPower®是ADI公司独特的集成电源数字隔离器解决方案,它提供高至500 mW的隔离电源和多信道数字隔离功 能;与分立式dc-to-dc隔离器加数字隔离器的方案相比,isoPower的成本更低、占用面积更小。ADI公司提供多样的集成方案,产品种类仍 在不断扩展。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      主信号链:锂电池管理系统  BMS  ≤150  V

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 主信号链:锂电池管理系统  BMS  ≥300  V

  

注意:上图所示信号链代表一个典型的 HEV/EV 锂电池管理解决方案。各模块的技术需求各不相同,表中所列产品代表可满足上述部分要求的 ADI 解决方案。

 

ADI 公司产品