Vishay 威世科技

文章数:250 被阅读:72916

账号入驻

浅谈电池管理系统温度传感技术

2019-11-07
    阅读数:
除去许多其他功能之外,电池管理系统 (BMS) 还必须密切监视电池和电池组的电压、电流和温度。温度测量对于保证电池和 BMS 正常工作,以及最佳健康状态 (SOH) ,防止性能下降非常重要, 尤其是快速充放电期间。


1

温测技术简介


温测一般读取随温度变化器件的电压–大多数情况下是电阻器件,如热敏电阻或电阻温度检测器 (RTD)。热电偶等其他技术需要冷结补偿和适当屏蔽毫伏读数,而基于二极管 /BJT 的温度传感器则需要恒定电流激励。使用 NTC 热敏电阻的主要优点是灵敏度高,精度、性价比出色,通用性强。这类器件具有便于接触测量的特点,是监测每个点或面的最佳温度传感选择。不同接触温测技术对比参见 表1。热电耦往往在设计阶段使用。

表1

在高功率电池组中,由于电池组大小,以及电池组内部热梯度由单个电池和/或充放电条件决定,因此 BMS 需要多路温度传感器输入,以保证整体最佳性能。

负温度系数 (NTC 热敏电阻) 具有电阻/温度非线性指数下降的特性,如 图1 和 公式(1) 和 (2) 所示。

▲ 图 1


NTC 热敏电阻的优点是能够以许多不同方式产生不同的阻值 (R25) 和坡度 (B 值),从 (外置) PCB 表面贴装,螺钉固定高度绝缘的表面传感器,甚至焊接到接线柱上。

如 图2a 所示,用于电阻分压网络时,热敏电阻电压随温度的变化呈 S 形 (参见 图2b 和 公式(3))。

▼ 图2a                                 图2b 


图2b 中,温度与 Vtherm 之间的关系可以通过查找表 (LUT) 或采用 算法(2) + (3) 确立,这样,ADC 和控制器 IC 可应用预定义策略控制电池组不同的充电阶段或健康状态。


2

案例分析


作为一个简单示例,我们可以使用 Analog Devices 公司的 LTC4071,这是一种锂离子和锂聚合物电池组充电器 IC,用于能量收集和嵌入式汽车系统。

 原理图设计 

模拟如 图3 所示。原理图基本上复制 Analog Devices 公司 LTC4071 的 SPICE 宏模型和锂离子电池模型。

图 3    


 简化后的模拟结果 

图4 中的图形表示模拟结果 (简化)。锂离子电池在三种不同电压条件下开始充电 (通过 IC 控制):4.2V 满电;3.6V 50% 电量;3.0V )。开始时 (时间 0),电池环境温度为 20°C,逐渐提高到 70°C,然后恢复正常环境温度。为保证长期稳定性,电动汽车 (EV) 使用的电池组通常在 20% 至 85% 电量范围内工作,因此很少在电池 4.2V 满电压条件下充电,或在低于 3.2V 电池电压条件下放电。

图4 显示温度达到不同临界阈值时 BMS 的行为。

充电电流            电池组电压             电池温 

图 4

随着温度 (以电压源 V1 表示) 上升,热敏电阻相应变化,延迟由系统响应时间决定。初始电压为 4.2V (绿色曲线),当温度达到不同连续上升阈值时,短时间放电,电池电压自动逐步下降。初始电压为 3.0V (红色曲线),当上升温度达到第一个阈值时充电停止,当温度低于一定水平时重新开始充电。

3

更多可选方案


表2

为实现电池温度测量的最佳精度和可重复性,Vishay 推出多种 NTC 热敏电阻。NTCALUG01T 在 150°C 条件下使用寿命长达 10, 000 小时,高压/电源连接端子和接线柱感应温度耐压达 2.7kV,不同于控制器电路的电压等级。金属表面温度感应的另一个选择是采用 NTCALUG02 热敏电阻,其热梯度小于 0.05K/K。

电动汽车/混合动力汽车中,BMS 可采用不同的温度传感策略,主要取决于电池特性、总成设计和控制 IC 算法。这本身是一种完整的混合学科并正在不断进化。在这一热点领域,作为器件制造商,Vishay 通过开发多样化机械执行机构和电气仿真模型做出自己的贡献,并将在未来继续推动这一领域的技术发展。


作者简介:

Vishay非线性电阻器
高级营销经理
Bruno Van Beneden


Vishay非线性电阻器
产品营销工程师
Alain Stas




去威世电阻学院了解更多电阻技术和知识。威世电阻学院是面向设计工程师和非工程师合作伙伴的教育计划三期计划又推出两门新的培训课程。





最新有关Vishay-China的文章

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: TI培训

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved