电动汽车/混合动力汽车电池管理方案

     随着世界石油资源的日益紧张以及人们对环境保护的要求日益增加，近年来汽车行业内的厂商均开始寻求汽车新的能源解决方案以代替传统的燃油发动机车。从目前的形势来看，绝大多数厂商采用了纯电动或混合动力的解决方案（ElectricVehicel/Hybrid-ElectricVehicel）。

　　纯电动汽车是指汽车采用纯电力驱动的方式，由于只需要电池组和电动机，结构相对简单。虽然普遍认为未来是纯电动汽车的天下，并且现在铁锂聚合物电池技术也取得了进步，但由于目前电池技术的安全性问题和能量密度问题仍达不到大众的期望，阻碍了纯电动汽车的大规模应用。

　　而混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。让一部分动力由电池和电动机系统承担。由于有辅助动力单元的存在，对电池的容量要求没有纯电力驱动汽车那么高。这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处。是目前大多数汽车厂商采用的方式。但结构复杂，成本较高。

　　无论采用哪种方式，大容量长串连的电池组都是必不可少的。由于汽车运行时电池需要大电流放电而平时又需要进行充电。电池对过度充电或过度放电很敏感，对长串锂离子电池组来说长时间使用后电池组的一致性也很难保证，因而必需对电池组中的每节电池进行谨慎的管理。

　　凌力尔特公司（linear technologycorporation）于2008年9 月发布了高度集成的多节电池监视芯片LTC6802。该芯片能够测量多达12节单独的电池，该器件的专有设计使得能够把多个LTC6802方便的串联起来（无需使用光耦进行隔离），以实现长串电池组中每节电池的精确电压检测（图1）。并可以通过和单片机通讯实现对每节电池电压的监测和电池的均衡处理。

图1 LTC6802应用简图

　　LTC6802的特点：

　　● 支持高达一千伏的级联电压的测量：

　　针对于电动汽车或者混合动力汽车应用中的电池组为了提供高功率输出，需要将很多节电池串联，这样高端电压会达到几百伏，这就对电压采样电路提出了很高的要求。由于LTC6802电池电压采样端采用的是支持高电压的差分输入电路，并且芯片方便的实现级联。从而保证了可以精确采集到高达一千伏的电压。

　　● 高测量精度：

　　L T C 6 8 0 2 内部集成了1 2 位Δ-ΣADC（图2）,保证了针对每节电池在-40℃～85℃达到0.25%的测量误差。

图2 LTC6802功能框架

　　● 极快的响应时间：

　　LTC6802针对电池组中每节电压的测量可以在13ms内完成。满足目前应用的需求。

　　● 方便的级联能力：

　　单个LTC6802支持12节电池的电压检测，上文中提到LTC6802可以方便的通过串行总线实现更多节电池级联的检测，这种方式不需要光耦进行芯片间的隔离，容易实现电路的简化。

　　● 均衡功能：

　　在汽车电池组长时间使用后会发生电池组间由于电池个体差异造成的能量不均衡现象，为了保证电池的寿命，就需要对电池的均衡性进行处理。

　　LTC6802采用的是放电均衡的方式，芯片内置MOSFET（最大支持100mA）将多余的能量通过负载电阻消耗掉。如果放电电流很大的话还可以通过外接MOSFET来扩展放电电流，此时内部MOSFET起到增加驱动能力的作用。

　　● 热监测功能：

　　如果电池工作时发生异常情况，电池内部的化学物质会产生大量的热，因此监测电池的温度也是一个重要的检测手段。LTC6802内置两个温度监测接口，可以通过外接温度传感器来监测电池温度。

　　● 封装尺寸小：

　　LTC6802具有非常高的集成度，可以将上述功能集成在44脚的SSOP封装里，易于实现小型化（图3）。

图3 LTC6802封装尺寸

　　通过上述介绍可见，LTC6802非常适合应用于电动汽车和混合动力汽车的电池组检测系统，该系统通过单片机和LTC6802的配合可以很容易实现对电池组中每一节电池的过、欠压监测和温度监测。并且可以对电池均衡性进行处理，从而提高电池寿命。

　　艾睿电子作为凌力尔特公司的代理商，目前提供出一整套基于凌力尔特LTC6802和飞思卡尔HCS08内核的8位微控制器MC9S08QG8开发的多节电池监测和均衡的方案。系统架构请看图4和图5，实物请看图6。该方案提供了一个12节锂/铁锂电池串联管理的功能，可以将实时监测的电压值数据通过232接口转换为USB接口传输到电脑上，从而实时的读取到每一节电池电压的参数。

图4 应用LTC6802和MC9S08QG8开发的多节电池监测和均衡的方案

图5 *估板连接方法

图6 *估板实物

　　该方案可以直接应用于电动自行车/电动摩托车电池管理，并且可以很方便的提供给电动车和混合动力汽车电池管理的客户一个了解LTC6802性能的平台，方便今后进行更多节数电池串联的开发。如果有这方面研发的需要，可以联系我们获取更详细的资料。

　　目前，一些欧美和日本的汽车厂商已经推出了自己的电动汽车和混合动力汽车产品，我国的混合动力汽车标准也已经出台，但对我国的汽车企业来说这部分产品还处于起步阶段，相信还会有很长的路要走。希望本文提供的方案能对电动汽车/混合动力汽车电池管理有需求的客户有所帮助。