中心議題：

• 評定電池的健康狀況
• 利用精密電池檢測和傳感技術降低汽車電氣故障

解決方案：

• 開路電壓 (VOC) 測量法
• 庫侖測定法
• 分立電池檢測解決方案
• 采用集成器件的解決方案

每五次汽車故障就有一次是電池造成的。在未來數年內，隨著電傳線控，發動/熄火引擎管理和混合動力（電力/燃氣）等汽車技術日益普及，這一問題將變得越來越嚴重。

為了減少故障，需要精確地檢測電池的電壓、電流和溫度

，對結果進行預處理，計算充電狀態和運行狀態，將結果發送到發動機控製單元 (ECU)，以及控製充電功能。

現代汽車誕生於20 世紀初。第一輛汽車依靠手動啟動，需要很大的力量
，存在很高的風險
，汽車的這種“手搖曲柄”造成了很多死亡事故。1902年
，第一台電池啟動馬達研製成功，到1920 年
，所有的汽車都已采用電啟動。

最初使用的是幹電池，當電能耗盡時，必須予以更換。不久之後，液體電池（即古老的鉛酸電池）就取代了幹電池。鉛酸電池的優點是當發動機工作時
，它可以從中充電。

在上世紀，鉛酸電池幾乎沒有什麼變化，最後一次主要改進是對其進行密封。真正改變的是對它的需求。起初，電池僅僅用於發動汽車、鳴喇叭和為車燈供電。如今，在點火之前，汽車的所有電氣係統都要靠它供電。

激增的新型電子設備不僅僅是GPS和DVD播放器等消費電子設備。如今，發動機控製單元 (ECU)
、電dian動dong車che窗chuang和he電dian動dong座zuo椅yi之zhi類lei的de車che身shen電dian子zi設she備bei已yi成cheng為wei許xu多duo基ji本ben車che型xing的de標biao準zhun配pei置zhi。呈cheng指zhi數shu級ji增zeng加jia的de負fu載zai已yi經jing產chan生sheng嚴yan重zhong影ying響xiang，電dian氣qi係xi統tong造zao成cheng的de故gu障zhang日ri益yi增zeng多duo就jiu是shi明ming證zheng。根gen據juADAC和RAC統計，在所有汽車故障中，幾乎有36%可歸因於電氣故障。如果對該數字進行分析，可以發現50%以上的故障是由鉛酸電池這一組件造成的。

評定電池的健康狀況

以下兩個關鍵特性可以反映鉛酸電池的健康狀況：
(1) 充電狀態 (SoC)：SoC 指示電池可以提供多少電荷

，用電池額定容量（即新電池的SoC）的百分比表示。
(2) 運行狀態 (SoH)：SoH 指示電池可以儲存多少電荷。

充電狀態

充電狀態指示好比是電池的“燃油表”。計算SoC的方法有很多，其中最常用的有兩個：開路電壓測量法和庫侖測定法（也稱庫侖計數法）。

(1) 開路電壓 (VOC) 測量法：電池空載時的開路電壓與其充電狀態之間成線性關係。這種計算方法有兩個基本限製：一是為了計算SoC，電池必須開路，不連接負載；二是這種測量僅在經過相當長的穩定期後才精確。

這些局限使得VOC 方法不適合在線計算SoC。該方法通常在汽車維修店中使用，在那裏電池被卸下，可以用電壓表測量電池正負極之間的電壓。

(2) 庫侖測定法：這種方法用庫侖計數求取電流對時間的積分，從而確定SoC。利用該方法可以實時計算SoC，即使電池處在負載條件下。然而，庫侖測定法的誤差會隨著時間推移而增大。

一般是綜合運用開路電壓和庫侖計數法來計算電池的充電狀態。
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運行狀態

運行狀態反映的是電池的一般狀態

，以及其與新電池相比儲存電荷的能力。由於電池本身的性質，SoH計算非常複雜，依賴於對電池化學成分和環境的了解。電池的SoH受很多因素的影響
，包括充電接受能力
、內部阻抗、電壓
、自放電和溫度。

一般認為難以在汽車這樣的環境中實時測量這些因素。在啟動階段（引擎起動），電池處在最大負載下
，此時最能反映電池的SoH。

圖1 所示為電池檢測常用的分立電路。

圖1:分立電池檢測解決方案

該電路可以分為三個部分：
(1) 電池檢測：電池電壓通過一個直接從電池正極分接出來的阻性衰減器來檢測。為檢測電流，將一個檢測電阻（12V應用一般使用100mΩ）放(fang)在(zai)電(dian)池(chi)負(fu)極(ji)與(yu)地(di)之(zhi)間(jian)。在(zai)這(zhe)種(zhong)配(pei)置(zhi)中(zhong)，汽(qi)車(che)的(de)金(jin)屬(shu)底(di)盤(pan)一(yi)般(ban)為(wei)地(di)，檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)安(an)裝(zhuang)在(zai)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)流(liu)回(hui)路(lu)中(zhong)。在(zai)其(qi)它(ta)配(pei)置(zhi)中(zhong)，電(dian)池(chi)的(de)負(fu)極(ji)是(shi)地(di)。對(dui)於(yu)SoH計算
，還必須檢測電池的溫度。
(2) 微控製器：微控製器或MCU主要完成兩個任務。第一個任務是處理模數轉換器 (ADC) 的結果。這項工作可能很簡單，例如僅執行基本濾波
；也可能很複雜，例如計算SoC和 SoH。實際的功能取決於MCU的處理能力和汽車製造商的需求。第二個任務是將處理過的數據經由通信接口發送到ECU。
(3) 通信接口：目前，本地互連網絡 (LIN) 接口是電池傳感器和ECU之間最常用的通信接口。LIN是廣為人知的CAN 協議的單線
、低成本替代方案。

這是電池檢測最簡單的配置。然而
，大多數精密電池檢測算法要求對電池電壓與電流
，或者電池電壓、電流與溫度同時采樣。為了進行同步采樣
，最多需要增加兩個模數轉換器。此外，ADC 和MCU 需要調節電源以便正確工作

，導致電路複雜性增加。這已經由LIN 收發器製造商通過集成調節電源而得到解決。

汽車精密電池檢測的下一步發展是集成ADC、MCU和LIN收發器，例如ADI公司的ADuC703x 係列精密模擬微控製器。ADuC703x提供兩個或三個8 ksps
、16位Σ-Δ ADC，一個20.48MHz ARM7TDMI MCU，以及一個集成LIN v2.0 兼容收發器。ADuC703x 係列片內集成低壓差調節器
，可以直接從鉛酸電池供電。

為了滿足汽車電池檢測的需求，前端包括如下器件：一個電壓衰減器，用於監控電池電壓
；一個可編程增益放大器，與100mΩ電阻一起使用時
，支持測量1A以下到1500A的滿量程電流；一個累加器，支持庫侖計數而無需軟件監控；以及一個片內溫度傳感器。

圖2所示為采用這種集成器件的解決方案。

圖2：采用集成器件的解決方案示例

幾(ji)年(nian)前(qian)，隻(zhi)有(you)高(gao)檔(dang)汽(qi)車(che)才(cai)配(pei)有(you)電(dian)池(chi)傳(chuan)感(gan)器(qi)。如(ru)今(jin)，安(an)裝(zhuang)小(xiao)型(xing)電(dian)子(zi)裝(zhuang)置(zhi)的(de)中(zhong)低(di)檔(dang)汽(qi)車(che)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)，而(er)十(shi)年(nian)前(qian)隻(zhi)能(neng)在(zai)高(gao)端(duan)車(che)型(xing)中(zhong)見(jian)到(dao)。鉛(qian)酸(suan)電(dian)池(chi)所(suo)引(yin)起(qi)的(de)故(gu)障(zhang)數(shu)量(liang)因(yin)此(ci)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)。過(guo)不(bu)了(le)幾(ji)年(nian)，每(mei)輛(liang)汽(qi)車(che)都(dou)會(hui)安(an)裝(zhuang)電(dian)池(chi)傳(chuan)感(gan)器(qi)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)日(ri)益(yi)增(zeng)多(duo)的(de)電(dian)子(zi)裝(zhuang)置(zhi)引(yin)發(fa)故(gu)障(zhang)的(de)風(feng)險(xian)。