智能传感器解决电池安全、诊断和电动汽车电池平衡问题

还记得电影《鳄鱼邓迪》中的台词吗：“那是一把刀？这是一把刀！在电动汽车世界中，这句话翻译为“那是电池？这是电池！电动汽车 （EV） 由巨大的电池组供电，电池组由串联的长串电池组成。这些电池组通常由锂离子（Li+）电池组成，可以实现高于800V的工作电压。但是，如果过度充电，这种电池化学成分的材料可能会损坏。必须监控每个电池电压，如有必要，必须采用适当的控制方法以避免过电压。过大的电池漏电流、过压、欠压和极端温度都可能导致性能下降甚至灾难性故障。

图 2 中描述的典型 EV 电池由 6720 节 Li+ 电池组成，由 3 个控制模块管理。每个电池的容量为54.100Ah，加起来电池总标称能量存储为3kWh（54.4Ah x 2.6720V x 96电池）。该系列70行，每行由403节电池并联组成，电池电压总计为2.96V（4行x 2.248V），容量为100Ah（403kWh / 2.3V或54.70Ah x <>列）。

图2.菊花链式电池组和控制

这允许电动汽车在耗尽电池之前以 300 英里/小时的速度行驶 50 英里 6 小时。EV电机将消耗41A（248Ah/6h）的平均电流。在图2的菊花链配置中，所有控制模块都通过IC1与中央微处理器串行通信。微处理器和第一个模块之间以及从一个模块到下一个模块之间都需要隔离。数据链路必须在嘈杂的大功率电池环境中可靠运行，其中存在高dV/dt电源噪声和共模电流注入（由电磁场感应）。

不幸的是，当涉及到电池组时，很多事情都可能出错。性能下降甚至灾难性故障都可能由过度的漏电流、高或低电压以及电池的极端温度触发。这些故障的表现因电池单元配置而异。在串联电池组中，更容易发现电压变化，而在并联配置中，漏电流被放大。在串联-并联配置的混合配置中，如图2所示，漏电流偏差更容易测量，而单个坏电池引起的电压偏差会衰减，需要更高精度的测量。

现在，您不能在不损坏其活性材料的情况下真正对Li+和锂聚合物电池化学物质过度充电。在串联电池串中，您必须监控每个电池电压的充电状态（SOC）。如果需要，必须应用适当的控制方法，以避免由于过充电而导致的过压。并联电池往往是自平衡的，因为并联连接将所有电池保持在相同的电压下，以防止单个电池的电压失控。因此，在如图2所示的细胞矩阵中，监测由一排细胞而不是单个细胞进行。所示的每个模块都包含通过开关阵列和连接在电池节点上的电阻器进行平衡所需的所有电子设备。

电池电压测量的准确性对于安全原因以及最大化电池容量非常重要。每一毫伏的不准确性最终都会转化为电池利用率的降低。精度是影响电池健康状态 （SoH） 和 SOC 的参数之一。

汽车安全完整性等级 （ASIL） 是由 ISO 26262 标准定义的风险分类方案。标准ASIL A至ASIL D确定了四个风险级别，后者对应于最低风险级别。符合ASIL标准的IC配备了必要的诊断功能，以检测特定的故障条件。

汽车智能传感器数据采集 IC 解决了电池安全、诊断和平衡等问题。MAX17843为可编程、高压电池监测接口，具有丰富的安全特性。模拟前端 （AFE） 将 12 通道电压测量数据采集系统与高压开关组输入相结合。图2中的<>个模块均由单个IC供电。两个辅助模拟输入可用于测量外部热敏电阻元件。负温度系数（NTC）热敏电阻可通过AUXIN模拟输入进行配置，以精确监控模块或电池单元温度。热过载检测器禁用板载线性稳压器以保护IC。也可提供芯片温度测量。