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1、低温改性磷酸铁锂电池实验方案在电池制作过程中，试验从以下几点出发改善电池的低温性能：1、正极箔材：利用表面涂有到点钛粉的铝箔替代原有箔材，提高电子导电率;2、利用低温电解液；3、与德方的低温正极材料按比例混合；4、配料过程中掺杂碳纳米管；5、增加电芯厚度；6、利用孔隙率高的隔膜；7、配料过程中添加一定量的石墨烯做导电剂；HEV和EV中电池管理经验之谈2011-10-09 20:24:04 来源:电子系统设计就混合动力汽车（HEV）和电动汽车（EV）而言，使用锂离子电池，可在功率、能量密度、效率和环境 影响之间取得最佳平衡。但同时，锂离子电池也是易损坏和危险的，而汽车环境又相当棘手、难以应付。混
2、 合动力汽车和电动汽车的电子产品面临的挑战是，弥补要求苛刻的汽车环境和电池敏感性之间的差距。汽车 环境的苛刻和电池的敏感堪称地狱中的绝配。考虑到汽车对能量、功率和环境的要求，安全、可靠地使用大型锂离子电池组绝对不是一个简单的任务。 锂离子电池以满充电状态或满放电状态工作时，容量会降低。考虑到循环往复的充电、组与组之间的差别和 不同的环境条件，每节电池的容量都会随着时间推移而降低并产生偏离。因此，电池组要实现15年、5000 个充电周期的目标，每节电池都必须保持在有限的工作范围内工作。通过控制每节锂离子电池的充电状态 （SOC），可以最大限度地提高电池组的容量，同时最大限度地减轻容量的降低。确保
3、高效率、安全地使用汽 车电池组，是电池管理系统（BMS）的责任。电池管理系统的任务是，仔细跟踪和控制每节电池的充电状态。电池管理系统的测量准确度至关重要， 因为它决定了每节电池能多么靠近其可靠充电状态范围的边缘工作。最大限度地提高可用容量的能力决定了 所需的电池数量，而电池数量对成本和重量有很大的影响。准确地测量每节电池的电压相当困难，因为电池 组中的电池易受高共模电压和高频噪声的影响。为了理解这一点，我们想想以下事实：电动汽车/混合动力 汽车的电池组通常电压非常高，由100至200个串联连接的电池组成。这类电池组必须提供可能超过 200A的快速充电和放电电流，在电池组的顶端，电压瞬态有可能超
4、过100V。对成本和可靠性的关注导致汽车电子产品向集成度更高、组件数更少的方向发展。在高度复杂的电池管 理系统中，这种趋势尤其明显，在这类系统中，我们看到，诸如凌力尔特LTC6802这类电池监视IC已经 出现。在新式电池管理系统中，这类高度集成的器件是关键的数据采集组件，与之前的分立式解决方案相比， 这类器件降低了成本、减少了所需占用的空间和组件数。电池监视器的主要功能是，直接测量串联连接电池 的电压，典型情况下每个IC监视12个通道。这类IC中还包括电池容量平衡控制和额外的测量输入（如 用于温度的输入）。为了应对高压电池组，这类器件一般设计为通过菊花链式串行接口相互通信。在电池管 理系统中，
5、有一个组成部分一般不可能成功集成到电池监视IC中，那就是嵌入式软件。充电状态算法是受 到严密保护的技术，是特定于化学组成、尺寸、外形、工作条件和应用的。就新式高压、大功率电池组而言， 现成有售的算法不可能有用，嵌入式软件使故障机制影响分析（FMEA）变得复杂了，在使用嵌入式软件的 情况下，系统设计师无法进行直接控制。图1说明了由任意节电池组成的电池模块的基本配置，其中电池 组管理系统的算法是软件编码的，并由开发商独家控制。图1：由很多节电池组成的电动汽车/混合动力汽车电池模块的基本拓扑。电池监视IC的一个关键考虑因素是，怎样处理将遇到的汽车噪声。例如，很多电池监视器使用快速 SAR转换器实现电
6、池的数字化，在超过100个通道的数据采集系统中，这似乎是有利的。然而，汽车环境 是有噪声的，需要进行大量的滤波，而且这种滤波决定有效吞吐量，而不是采样率。由于这个原因，增量累 加（DS） ADC比SAR转换器有优势。就给定的10kHz噪声抑制量而言，每秒1000次采样的DS ADC提 供的吞吐量与每秒100万次采样的SAR ADC提供的吞吐量相同。例如，LTC6802采用一个每秒1000次 采样的DS ADC，该ADC在10ms时间内可顺序对10个输入通道采样。内置的线性相位数字滤波器对 10kHz开关噪声提供36dB的抑制。要在10kHz时获得相同的噪声抑制，每秒100万次采样的SAR转 换
7、器在每节电池上都需要一个转角频率为160Hz的单极性RC滤波器（参见图2）RC滤波器的12位稳 定时间为8.4ms,即使SAR ADC能在10us时间内顺序对10个通道采样，由于滤波器的响应，每8.4 ms 超过1次的扫描也是没有意义的。图2：增量累加转换器和采用RC电路的SAR转换器的比较增量累加转换器以更好的滤波性能提供同样 的有效吞吐量。在一长串电池监视IC的情况下，串行接口也是一个重要的考虑因素，凌力尔特提供两种截然不同的选 择。一种选择（也是大多数电池监视IC所支持的）是菊花链式接口。采用菊花链式接口时，无需光耦合器 或隔离器，链中每个IC就可与相邻IC通信，只留下底部的器件与单个微
8、处理器或控制单元连接。此外, 凌力尔特还提供第二种选择，即采用单独可寻址的串行接口。采用这种接口，单个微控制器通过隔离与多个 并联器件通信。这种拓扑提供本身更加可靠的“星形配置”因为失去与一个器件的通信不会隔断与其他任 何器件的通信。可寻址器件还可用在经过修改的菊花链式拓扑中，在这种拓扑中，相对昂贵的隔离器已经成 为过去，取而代之的是不那么昂贵的“晶体管化” SPI总线配置。结果是具有极宽兼容范围的串行接口。经过两年的生产并基于经过实践检验的设计，凌力尔特推出了第二代器件。比较第一代和第二代器件, 可以对未来高压电池系统的发展方向有一些深入的了解。LTC6803的主要目标之一是，即使在最极端的
9、噪 声情况下，也能确保无差错通信。对所有命令和数据都进行包误差检测，以确保通信完整性0 LTC6803系 列继续支持菊花链式和单独可寻址串行通信，同时LTC6803菊花链能承受超过20V的AC噪声和30V 的快速开关尖峰，而不会产生误差（图3）。图3：第二代菊花链可抵抗强噪声。LTC6803有独立的电源输入，该输入可断接，同时其他连接保持完好无损（图4a）。在这种硬件停机情 况下，LTC6803仅吸取几nA的电流。这对电池组的长期储存很重要，因为集成的电池管理系统消耗的电 流有可能使电池组中的电池容量失衡。LTC6803还可以用一个独立的电源工作，从而允许从一个单独的电 源而不是电池组吸取电源
10、电流，如图4b所示。该器件还允许使用简单的断电功能。此外，采用单独的电源 时，即使所有电池的电压都已急剧下降（在使用超级电容器和燃料电池时可能出现），LTC6803仍可继续监 视大量电池。图4c说明了拥有独立电源输入的优点。汽车中的电子产品日益增多，这促使产生了有关汽车电子产品质量和可靠性的新标准。因此，出现了诸 如AEC Q100、ISO 26262等汽车电子产品标准。这些标准转化成了广泛的限定条件和内部功能，以确保满 足系统安全要求。例如，LTC6803是与ISO 26262兼容的系统。ISO 26262是一个实用的安全标准，定义 了汽车系统的安全要求，并对系统级设计问题产生影响，如冗余度
11、、网络配置、数据收集、传感器，等等。 LTC6803内置了导线开路检测、数字滤波器检查、多路复用器解码器检查功能以及看门狗定时器和一个备 用电压基准，以实现全面的自测试能力。图5： LTC6803的内部自测试功能。LTC6803中还包括很多其他改进，以满足标准汽车设计之外的需求。例如，LTC6803提供扩展的 -300mV至5V测量范围，该范围支持超级电容器和镍氢金属电池丄TC6803完全规格在-40 C至125 C的温度范围内工作，LTC6803还设计成能承受高达75V的电源电压，以提供超过20%的过压裕度。汽车环境对电子产品而言非常严酷，然而汽车的日益电气化也是无可辩驳的事实。电动汽车和混合动力 汽车中的锂离子电池系统不久就将成为主流，而诸如LTC6803等尖端测量器件是锂离子电池系统取得成功 所必不可少的。不仅需要这类器件来实现准确测量，而且这些器件必须能在非常艰难的条件下长期可靠工作。 今天，凌力尔特的LTC6802已经通过跑在路上的汽车证明，上述看法是正确的。毫无疑问，在明天的汽车 市场上，LTC6803无疑将继续LTC6802的辉煌。
