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ADI 混合動力汽車(HEV)/電動汽車(EV) 鋰電池管理解決方案

 2013-03-27

應用描述 由於鋰電池在混合動力汽車和純電動汽車領域的出色電能和功率特性,汽車行業開始從鎳氫電池轉向鋰電池解決方案。 通常,小型/中型混合動力汽車所需的電池電壓在60    V至200    V之間。鎳氫電池在這些電壓和能量級別上有一定的優勢。然而,完全混合/插電式混合動力或純電動汽車通常需要300V以上的電池組,鋰電池正是理想之選。

 

儘管電池組尺寸不同,但各種鋰電池動力系統在以下幾方面具有類似的要求:具備監控功能;在苛刻的環境下能夠保持良好的性能;提 供可靠、安全的電量管理;降低系統的整體成本。

 

系統需求與設計挑戰 為了最大限度的利用鋰電池的電能,並且充分保證使用壽命,必須引入複雜的電池監控電路。這些電子電路能夠監控電池單元的電壓與 溫度,監控由多個電池單元串聯而成的電池組的電壓與電流,平衡電池單元之間的電壓,並跨越勢壘傳輸資料信號,其目的在於確保電池在驅動和充電時高效、安全地工作,並能延長電池的使用時間。

 

在高共模電壓和高達200       A開關瞬變的情況下,電池管理系統(BMS)必須對不同的電池單元進行精確的測量。系統的精度必須達到mV級, 採樣必須在嚴格的延遲時間範圍內保持同步。採樣速度和精度都會影響整個系統的效率。

 

可靠性是關鍵要求之一。系統必須提供安全機制,以便檢測電池單元、電纜、監控電路和通信匯流排等的故障。一般使用主監控器和備用 監控器來給系統提供冗餘性能。此外,資料保護機制也有助於進行錯誤檢測。

 

系統還要求BMS具備較低功耗以減少對電池電量的消耗,同時避免加劇電池不平衡,所以主監控器IC、備用監控器IC和隔離電路的功耗應 盡可能低。

 

ADI公司的解決方案

ADI公司是全球領先的信號處理和高性能類比技術供應商,以品質卓越、穩定可靠而著稱,同時與全球領先的汽車電子廠商擁有良好的 合作關係。因此,完全具備深厚的技術實力和系統知識提供優化的解決方案,滿足這些具有挑戰性的BMS需求。

 

ADI公司的主監控IC產品AD7280A能夠對6個通道的電壓和溫度進行監測,典型精度達±1.6 mV(典型值)。多個AD7280A可採用菊輪鍊連接,單 個電路板最多可監控48個電池單元。該IC提供業界最快的轉換速度和最佳資料保護。每通道轉換時間僅1 μs,這意味著多個通道的資料轉 換幾乎是同步的。完成48個電池單元的轉換和資料讀取還不到2 ms。IC與處理器之間的讀、寫通信可在CRC的保護下進行。此外,IC還提 供被動式電池單元平衡控制功能。通常,轉換模式下功耗小於6mA;斷電模式下功耗小於1.8uA。

 

ADI公司的AD8280還提供備用監控功能,在監控系統環路的其它電路出現問題時,可以獨立報告電池故障。AD7280A與AD8280結合使用有 助於實現系統級安全目標。

集成PGA、ADC和處理器內核的ADuC703x為用戶提供了一個經濟、高效的電池組電流測量方案,可實現超高動態範圍和精度的電流測量。

 

ADI公司的數位隔離器iCoupler®為汽車應用而優化,可在高資料速率下實現最低功耗。其封裝尺寸小、通道選項多,因此,它所需元件量 和佔用電路板面積都最小;此外,該系列在整個使用週期內提供其高可靠性和品質保證。該系列被廣泛用做高電壓電路與低電壓電路之 間的SPI/GPIO/時鐘隔離器。isoPower®是ADI公司獨特的集成電源數位隔離器解決方案,它提供高至500 mW的隔離電源和多通道數位隔離功 能;與分立式dc-to-dc隔離器加數字隔離器的方案相比,isoPower的成本更低、佔用面積更小。ADI公司提供多樣的集成方案,產品種類仍 在不斷擴展。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     主信號鏈:鋰電池管理系統  BMS  ≤150  V

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           主信號鏈:鋰電池管理系統  BMS  ≥300  V

 

注意:上圖所示信號鏈代表一個典型的 HEV/EV 鋰電池管理解決方案。各模組的技術需求各不相同,表中所列產品代表可滿足上述部分要求的 ADI 解決方案。

 

ADI 公司產品