混合動力電動型汽車電池中的電子組件是提高性能和安全性的關(guān)鍵。在集成電路設(shè)計領(lǐng)域的新技術(shù)使電池組設(shè)計師能進(jìn)一步提高鋰離子電池的性能。更高的測量準(zhǔn)確度、更堅固的數(shù)據(jù)鏈路和電池容量的主動電荷平衡都幫助實現(xiàn)了更低的成本、更長的行駛周期和更快的充電。

更高的準(zhǔn)確度意味著更低的成本
模擬前端 IC的測量準(zhǔn)確度對系統(tǒng)成本有直接影響。需要準(zhǔn)確的測量以實現(xiàn)有用的電荷狀態(tài) (SOC) 計算。為了實現(xiàn)長壽命,電池組一般在 20% 至 80% 的 SOC 之間工作。如果在 SOC 計算中有 5% 的不確定性,那么電池組的尺寸就必須增大 5%,這導(dǎo)致電池的成本顯著增大。給一個 16kW-hr 電池組增加 5% 的容量,需要約 360 歐元 (460 美元)。改進(jìn) SOC 計算以實現(xiàn) 1% 的誤差意味著,每個電池組能節(jié)省約 300 歐元 (385 美元)。
電池電壓測量是 SOC 算法的關(guān)鍵要素。當(dāng)測量 3.3V LiFePO (磷酸鐵鋰) 電池時,IC 電源和電池組開發(fā)人員都集中采用總測量誤差 1mV 的規(guī)格。
對于諸如售價 480 歐元 (615 美元) 的 Fluke-289 手持式萬用表等實驗室設(shè)備,測量 3.3V 至 1mV 以內(nèi)的電壓是司空見慣的。AFE IC 必須以 1/100 的成本提供相同的性能,并在汽車環(huán)境中連續(xù)工作 15 個年。只有為數(shù)不多的 IC 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。

如果開關(guān)的阻抗太大,無法在很短的采樣時間內(nèi)給電容器充電,那么 MUX 和飛跨電容器就可能引入測量誤差。細(xì)致的開關(guān)電容器設(shè)計可消除這個誤差項。
由 ADC 進(jìn)行從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換還可能由于組件失配而引入誤差。其次,細(xì)致的設(shè)計與組件微調(diào)相結(jié)合,可降低 ADC 引起的誤差。
AFE IC 的基本限制來自電壓基準(zhǔn)
假如電壓基準(zhǔn)下降了 1%,則所有的讀數(shù)都將增加1%。電壓基準(zhǔn)是由某種物理量產(chǎn)生的,可以是反向偏置 PN 結(jié)的雪崩擊穿 (一個齊納基準(zhǔn))、兩個基極-發(fā)射極電壓之差 (一個帶隙基準(zhǔn))、或一個電容器上存儲的電荷 (一個 EPROM 基準(zhǔn))。每個 AFE IC 在生產(chǎn)中都進(jìn)行了微調(diào),以使電壓基準(zhǔn)的初始值非常準(zhǔn)確。不幸的是,視 IC 技術(shù)的不同而不同,電壓基準(zhǔn)可能隨著時間、溫度、濕度和印刷電路板 (PCB) 組裝應(yīng)力的不同而產(chǎn)生極大的變化。這導(dǎo)致一些 IC 廠商只提出“典型”準(zhǔn)確度,而關(guān)于 AFE IC 在真實世界中會怎樣表現(xiàn)則未提供指導(dǎo)。



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