高精度電池測量為電池管理的增加極大價值

目前這一代電動汽車依靠能量范圍介于16kWh至53kWh之間的鋰離子電池組提供動力。而僅僅一加侖汽油所包含的能量就超過了36kWh.對于電動汽車或混合動力汽車（HEV）抑或是任何的大功率電池系統(tǒng)來說，若要與內燃機（ICE）展開競爭就必需充分利用電池的全部儲能。為此，必須對電池組內部的每節(jié)電池進行仔細周密的監(jiān)視和控制。
　　大功率電池組由一長串串接電池組成。電池監(jiān)視器IC直接連接至每節(jié)電池，負責準確地測量每節(jié)電池的電壓。這絕不是一件簡單的工作，因為各個電池位于一個非常高電壓電池串的不同點上，而電池串很容易遭受驚人的電尖峰和電磁干擾（EMI）。電池管理系統(tǒng)（BMS）整合了電池電壓與電流、溫度和工作情況記錄，以連續(xù)獲知每節(jié)電池的狀況。雖然這是一項棘手的難題，但利用準確的監(jiān)視和控制仍可實現(xiàn)電池組行車里程、可靠性和安全性的最大化。
　　HEV或EV中電池的預計使用期限是10~15年，而當電池失去其原始容量的80%時即被認為處于其壽命末期。通過限制工作電荷狀態(tài)（不允許電池滿充電或完全放電），可最大限度地增加電池的使用壽命和可靠性。典型的電池組工作于一個受限的范圍內，例如：20% SOC至80% SOC，其中SOC表示“電荷狀態(tài)”。這些SOC限值可根據(jù)電池的老化和工作情況（比如：高溫環(huán)境）進行調節(jié)。由于采用了此類限值，故電池組不會以滿容量地使用。例如：以20% SOC至80% SOC來運作電池組將把可用SOC限制在這60%范圍。BMS所面臨的挑戰(zhàn)是使每節(jié)電池盡可能接近限值運作，而不要超過限值。鋰電池在其工作范圍內表現(xiàn)出平坦的放電曲線，使得上述挑戰(zhàn)的難度進一步加大。因此，在整個工作范圍內電池電壓的變化非常之小，作為SOC計算的一部分，電池監(jiān)視器必須進行非常準確的測量。
　　為了闡明電池測量準確度的重要性，我們來看一下簡化的鋰電池放電曲線（示于圖1）。該曲線在整個工作區(qū)內具有一個恒定的5mV/% （SOC）斜率。倘若電池電壓測量準確度欠佳，那么工作在20%至80% SOC范圍之內且具有相似放電特性的電池組將面臨嚴重的不利后果。
　　
　　如圖2所示，倘若電池監(jiān)視器具有一個±10mV的電池電壓測量誤差，則3.75V的電池電壓測量值實際上有可能對應的真實電池電壓介于3.74V和3.76V之間。這對應的實際SOC范圍為76%至80%.由于存在該測量誤差，因此必須利用一個“保護帶”對工作范圍加以限制，從而確保不超過工作限值。在本例中，必須把工作范圍限制在22%至78%的測量范圍（而不是20%至80%）。假如期望電池組保持相同的范圍，那么具有該準確度的BMS將需要額外的電池容量以補償保護帶限制。假設60%的可用SOC，則電池容量必須加大7% （注1）以補償±10mV的電池測量誤差。對于一輛使用價格3000美元的5kWh電池組（即每kWh電能的成本為600美元）的HEV來說，這將造成成本額外增加214美元。