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电池管理应用中精确测量和温度稳定的重要性
来源:本站整理  作者:佚名  2010-01-05 13:35:38



锂离子电池由于拥有能量密度高、电压高、自放电率低,以及无记忆效应等优势,因而逐渐成为使用充电电池的便携应用产品的常用技术。

电池管理的常见难题
在选择锂离子电池时,必须对之予以正确管理,以实现安全工作,并获得每循环周期最高容量和最长寿命,而通常采用的方法就是加入电池管理单元(BMU)。要实现安全工作,BMU就必须能够确保电池单元在电压、温度和电流方面经常处于其生产规格之内。这意味着在设计电池管理系统时,必须能够考虑到最坏条件。以充电端电压为例,标准笔记本电池的建议单元电压为4.25V以下。为保持单元电压不超过上限,一般都会建议先取得BMU中的电压测量标准偏差,并用充电端电压减去4倍的标准偏差值。例如,若BMU测得该电压为4.25V,而标准偏差为12.5mV,则立即指示在4.2V处停止充电。然而,这就与获得电池单元最大容量的目的直接冲突。因为充电电压越高,容量也就越大。同样,当电池超出推荐的充电截止电压(EOCV)和放电截止电压(EODV)时,电池的磨损最大,所以要延长电池寿命,就需要尽量避免过高的充电电压和过低的放电电压。

精确测量的重要性
精确的电压测量精度能够定义电池所需的EOCV 和 EODV安全裕度(safety margin)。测量越精确,保持在推荐限值之内所需的安全裕度越小。于是,电压测量越精确,充电和放电就越能够接近推荐的EOCV 和 EODV值,而无须牺牲安全性,也不需冒着电池容量过早衰减的风险。所以,电荷流的测量精度对保证电荷计算精度来说也是十分关键的。

必须考虑到温度偏移
在固定温度下获得良好的测量精度并不困难,若在装配电池组时已对BMU进行了校准便更容易。但实际情况中,电池组通常都会经受各种温度变化,所以温度漂移是区分真正高性能BMU和普通BMU的关键参数。
在温度变化时实现高电压测量精度的关键参数是ADC增益漂移 (gain drift)和基准电压漂移(voltage reference drift)。对于4200 mV的电压,电压测量值偏移量一般小于3μV,在实际设计中,这是可忽略不计的。
要精确测量电荷流(charge flow),还要考虑到众多其他参数,以尽可能地减小感测电阻上的电压降。校准后的ADC偏移量、ADC零点漂移、ADC增益漂移、基准电压漂移和时基漂移,都对精度有着重大影响。对于小电流来说,与偏移量有关的参数最重要;而在电流较大的情况下,增益误差、基准电压和时基则开始成为主要影响因素。


温度偏移可以通过对若干个温度点进行校准来做出一定程度上补偿,不过这种方案成本高昂,通常不为大多数电池组生产商采纳。因此,一个好的BMU必须具有最小的温度偏移,而且电池组设计人员必须考虑到BMU的最坏变化情况,以确保设计的安全性。

电流测量:电量计精度的基础
要实现良好的锂离子电池电量计,最有效方法是精确跟踪电池内外的电荷流。在一定程度上,可利用适当的电压测量来补偿因开路电压(OCV)和充电状态(SoC)之间因恒定关系引起的电荷流误差。一些最先进的锂离子电池具有非常平坦的电压特性,这使得利用OCV测量来校正电流测量误差更加困难。而只要电压测量有一点小小误差,就可能导致SoC计算的重大偏差。所以,只有确保出色的电流测量和精确的时基才能获得最佳精度。

图1采用标准偏移校准方法进行校准之后的典型偏移量

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