汽車市場是淩力爾特公司重點關注的終端市場。上一財年，我們在汽車市場的收入已經增長到占公司總收入的 20%，增長速度持續高於公司的總體增長速度。汽車行業的大部分創新和差異化都源自汽車電子係統。提高行車安全性
、ranyouxiaolvheshushidudexuqiuchuangzaolejudashangji。hunhedonglixinghequandiandongxingqichedejizengjiangwenbucujinduichuangxinxingmonidianzichanpindexuqiu。chuleqichedianzixitongdezengjia，quanqiuqianzaiqicheshichangyujiyejiangchuxianwenbuzengchang。

 

wulunmeinianxiaoshouduoshaoliangqiche，qichezhongdedianzixitongdouhuijixuzengjia。duihunhedonglixinghequandiandongxingqichedexuqiujinyibutuijinleqichedianzishichangdezengchang。suizhejiangdianchizuoweidianyuanzhezhongfangshiriyiliuxing
，duiyuzuidaxianduyanchangdianchikeyongshouming
，yechuxianletongyangdexuqiu。dianchibupingheng (即組成電池包的各節電池之間的充電狀態失配) 是大型鋰離子電池包的一個問題
，這個問題是由製造過程
、工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)和(he)電(dian)池(chi)老(lao)化(hua)程(cheng)度(du)的(de)不(bu)同(tong)造(zao)成(cheng)的(de)。電(dian)池(chi)不(bu)平(ping)衡(heng)可(ke)能(neng)減(jian)小(xiao)電(dian)池(chi)包(bao)的(de)總(zong)體(ti)容(rong)量(liang)，並(bing)有(you)可(ke)能(neng)損(sun)壞(huai)電(dian)池(chi)包(bao)。電(dian)池(chi)不(bu)平(ping)衡(heng)妨(fang)礙(ai)了(le)從(cong)充(chong)電(dian)狀(zhuang)態(tai)到(dao)放(fang)電(dian)狀(zhuang)態(tai)的(de)電(dian)池(chi)跟(gen)蹤(zong)過(guo)程(cheng)，而(er)這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)如(ru)果(guo)不(bu)能(neng)嚴(yan)格(ge)監(jian)控(kong)，就(jiu)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)過(guo)度(du)充(chong)電(dian)或(huo)過(guo)度(du)放(fang)電(dian)，這(zhe)將(jiang)永(yong)久(jiu)性(xing)地(di)損(sun)壞(huai)電(dian)池(chi)。

 

對(dui)於(yu)混(hun)合(he)電(dian)動(dong)型(xing)汽(qi)車(che)和(he)全(quan)電(dian)動(dong)型(xing)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)包(bao)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)池(chi)，電(dian)池(chi)製(zhi)造(zao)商(shang)會(hui)針(zhen)對(dui)其(qi)容(rong)量(liang)和(he)內(nei)部(bu)阻(zu)抗(kang)進(jin)行(xing)分(fen)類(lei)，以(yi)減(jian)少(shao)交(jiao)付(fu)給(gei)客(ke)戶(hu)的(de)特(te)定(ding)批(pi)次(ci)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)的(de)差(cha)別(bie)。然(ran)後(hou)
，用(yong)仔(zai)細(xi)挑(tiao)選(xuan)過(guo)的(de)電(dian)池(chi)構(gou)成(cheng)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)包(bao)
，以(yi)提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)包(bao)中(zhong)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)的(de)總(zong)體(ti)匹(pi)配(pei)度(du)。理(li)論(lun)上(shang)，這(zhe)樣(yang)做(zuo)應(ying)該(gai)能(neng)夠(gou)防(fang)止(zhi)電(dian)池(chi)包(bao)中(zhong)出(chu)現(xian)很(hen)嚴(yan)重(zhong)的(de)電(dian)池(chi)不(bu)平(ping)衡(heng)
，但(dan)是(shi)盡(jin)管(guan)如(ru)此(ci)，一(yi)個(ge)普(pu)遍(bian)的(de)共(gong)識(shi)是(shi)，組(zu)成(cheng)大(da)型(xing)電(dian)池(chi)包(bao)時(shi)，要(yao)在(zai)電(dian)池(chi)包(bao)壽(shou)命(ming)期(qi)內(nei)保(bao)持(chi)很(hen)大(da)的(de)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)，電(dian)池(chi)監(jian)控(kong)和(he)電(dian)池(chi)平(ping)衡(heng)都(dou)需(xu)要(yao)。淩(ling)力(li)爾(er)特(te)新(xin)的(de)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong) (BMS) 產品係列正是為了滿足這種需求而設計的，這些產品係列廣受歡迎，是目前在產及投入使用的小汽車和客車中采用的
，也是為數不多的 BMS 品牌之一。

 

目前，大型
、高壓可充電電池係統是電動型汽車中常見的動力源。這類大型電池組由串聯 / 並聯電池陣列組成

，能夠存儲大量能量(數10千瓦時)。鋰聚合物或 LiFePO4 電dian池chi是shi常chang見jian選xuan擇ze，因yin為wei這zhe類lei電dian池chi能neng量liang密mi度du高gao，有you很hen強qiang的de峰feng值zhi功gong率lv能neng力li。與yu單dan節jie電dian池chi應ying用yong一yi樣yang，必bi須xu仔zai細xi控kong製zhi這zhe類lei電dian池chi組zu中zhong各ge節jie電dian池chi的de充chong電dian
，並bing嚴yan格ge監jian控kong各ge節jie電dian池chi，以yi確que保bao安an全quan運yun行xing
，防fang止zhi電dian池chi過guo早zao老lao化hua或huo損sun壞huai。不bu過guo，與yu單dan節jie電dian池chi係xi統tong不bu同tong的de是shi，串chuan聯lian連lian接jie的de電dian池chi組zu產chan生sheng了le一yi個ge額e外wai的de要yao求qiu：電池平衡。

 

當電池組中的所有電池都有同樣的電荷狀態(SoC)時，這些電池是“平衡的”。SoC 指的是
，隨著各節電池的充電和放電
，其當前剩餘容量與其最大容量之比。例如，一個10 A-hr電池，當前剩餘容量是 5A-hr，那麼其 SoC 就是50%。所有電池都必須保持在同一個SoC範圍之內，以避免損壞或縮短壽命。如應用不同，所允許的SoC最小值和最大值也不同。在最重視電池運行時間的應用中，所有電池都可能在20% SoC最小值和100% (滿充電狀態)最大值之間運行。要求電池壽命最長的應用也許限製SoC範圍為最小30% 至最大70%。這些數值是電動型汽車的典型 SoC 限製
，這類汽車采用非常大、非常昂貴的電池，更換成本極高。BMS 的主要作用就是，仔細監視電池組中的所有電池，確保所有電池在充電和放電時，無一超出該應用的最小和最大SoC限製。

 

對於串聯/並bing聯lian電dian池chi陣zhen列lie
，假jia定ding並bing聯lian連lian接jie的de電dian池chi相xiang互hu之zhi間jian會hui自zi動dong平ping衡heng，一yi般ban而er言yan是shi安an全quan的de。也ye就jiu是shi說shuo

，隨sui著zhe時shi間jian變bian化hua，並bing聯lian連lian接jie電dian池chi的de電dian荷he狀zhuang態tai會hui自zi動dong平ping衡heng

，隻zhi要yao電dian池chi端duan子zi之zhi間jian的de傳chuan導dao通tong路lu存cun在zai。假jia定ding串chuan聯lian連lian接jie電dian池chi的de電dian荷he狀zhuang態tai隨sui時shi間jian變bian化hua往wang往wang出chu現xian偏pian離li，導dao致zhi偏pian離li的de因yin素su有you多duo種zhong。電dian池chi包bao中zhong電dian池chi的de溫wen度du變bian化hua率lv或huo阻zu抗kang不bu同tong
、自放電速率不同或各節電池的加載不同，都可能導致 SoCzhujianfashengbianhua。jinguanyudianchibaodechongdianhefangdiandianliuxiangbi
，dianchizhijiandezhexiebutongwangwangxiandebunamezhongyao
，danshidianhezhuangtaishipeihuizhujianleijierbuhuijianruo，chufeiduisuoyoudianchijinxingzhouqixingpingheng。gejiedianchide SoChuizhububianhua，xuyaobuchang，zheshipinghengchuanlianlianjiedianchidezuigenbenliyou。yibaneryan
，duiyurongliangyangepipeidedianchizu，wuyuanhuoxiaohaoxingpinghengfangfazuyiyingduiSoC 的再平衡問題。

 

無源平衡方法簡單
、價格低廉。然而
，無源平衡速度非常慢，在電池包內部產生不想要的熱量，是通過降低所有電池的剩餘容量以與電池組中SoC最低的電池匹配
，從而實現電池平衡。由於另一個常見問題，即容量失配
，因而無源平衡方法有效應對SoC誤wu差cha的de能neng力li也ye不bu足zu。所suo有you電dian池chi都dou隨sui著zhe老lao化hua而er出chu現xian容rong量liang下xia降jiang

，而er且qie由you於yu與yu前qian述shu類lei似si的de原yuan因yin
，容rong量liang下xia降jiang的de速su度du往wang往wang不bu同tong。既ji然ran入ru出chu所suo有you串chuan聯lian電dian池chi的de電dian池chi組zu電dian流liu是shi相xiang等deng的de

，那na麼me電dian池chi組zu中zhong容rong量liang最zui低di的de電dian池chi就jiu決jue定ding了le電dian池chi組zu的de可ke用yong容rong量liang。隻zhi有you有you源yuan平ping衡heng方fang法fa才cai能neng在zai整zheng個ge電dian池chi組zu範fan圍wei內nei重zhong新xin分fen配pei電dian荷he
，補bu償chang電dian池chi之zhi間jian失shi配pei導dao致zhi的de容rong量liang下xia降jiang。

 

電池之間無論是容量還是SoCshipei，douhuiyanzhongjiangdidianchizudekeyongrongliang

，chufeidianchizhijianshipinghengde。yaozuidaxiandutigaodianchizurongliang
，jiuyaoqiuzaidianchizuchongdianhefangdianshi，dianchizhijianshipinghengde。

 

例如，有一個由10 節電池串聯組成的電池組
，每節電池都是 100A-hr (標稱值)，從容量最小的電池到容量最大的電池，容量誤差為+/-10%，對這個電池組充電和放電，直至達到預先設定的SoC限製為止。如果SoC值限製在 30% 至70%，且沒有進行電池平衡，那麼在一次完整的充電/放電周期之後
，相對於這些電池的理論可用容量，實際可用電池組容量降低25%。在電池組充電時
，無源平衡方法理論上可以平衡每節電池的SoC，但是在電池組放電時

，這種方法卻無法防止10 號電池先於其他電池達到 30% SoC 值。即使在電池組充電時采用了無源平衡，在電池組放電時仍然會有大量容量“丟失”(不可用)。隻有采用有源平衡解決方案，在電池組放電時，從高SoC電池向低SoC電池重新分配電荷，才能實現“容量恢複”。

 

采用 “理想的”有源平衡方法
，可以100%恢複由於電池失配而“丟失的”容量。在穩定狀態下使用這種方法時，當電池組從其70% SoC“滿”充電狀態放電時
，必須將1號電池(容量最大的電池) 存儲的電荷有效地取出
，並傳送給10號電池(容量最小的電池)，否則10號電池就會先於其餘電池達到其 30% 最低SoC 值，這時電池組放電必須停止，以防電池組壽命進一步縮短。類似地
，在充電時，電荷必須從10號電池轉移出來，重新分配給1號電池

，否則10號電池就會先於其他電池達到其 70% SoC 上(shang)限(xian)，充(chong)電(dian)周(zhou)期(qi)就(jiu)必(bi)須(xu)終(zhong)止(zhi)。在(zai)電(dian)池(chi)組(zu)工(gong)作(zuo)壽(shou)命(ming)期(qi)內(nei)的(de)某(mou)一(yi)點(dian)，電(dian)池(chi)老(lao)化(hua)程(cheng)度(du)的(de)不(bu)同(tong)將(jiang)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)地(di)導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)的(de)容(rong)量(liang)失(shi)配(pei)。隻(zhi)有(you)有(you)源(yuan)平(ping)衡(heng)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)才(cai)能(neng)通(tong)過(guo)按(an)需(xu)從(cong)高(gao) SoC 電池向低 SoC 電池重新分配電荷，以實現 “容量恢複”。要想在電池組壽命期內實現最大電池組容量
，就需要用有源平衡解決方案給各節電池高效率地充電和放電
，以在整個電池組內保持SoC 平衡。

 

淩力爾特的 LTC3300(參見圖1) 是一款專門為滿足電動型汽車高性能有源平衡需求而設計的新產品。LTC3300 是一款高效率、雙向有源平衡控製 IC，是高性能BMS係統的關鍵組件。每款 IC 都可以同時平衡多達 6 節串聯連接的鋰離子或 LiFePO4 電池。

圖 1：淩力爾特的 LTC3300 是一款麵向電動型汽車的雙向有源電池平衡器

 

SoC平衡是通過在指定電池和多達12節或更多相鄰電池之間重新分配電荷來實現。平衡決策和平衡算法必須由一個單獨的
、控製LTC3300的監視器件和係統處理器來處理。從指定電池向12節或更多相鄰電池重新分配電荷，以給該電池放電。類似地，從12jiehuogengduoxianglindianchixiangzhidingdianchichuansongdianhe
，yigeigaidianchichongdian。suoyoupinghengqidoukeyitongshiyimouyidianhechuansongfangxiangyunxing，yizuidaxiandusuoduandianchizupinghengshijian。suoyoupinghengkongzhiminglingdoutongguoyigekediezhide、噪聲裕度很大的串行 SPI 接口提供給每個IC
，而對疊置高度沒有限製。

 

LTC3300 中的每個平衡器都采用非隔離式
、邊界模式同步反激式電源級，以實現各節電池的高效率充電和放電。6 個平衡器中每一個都需要自己的變壓器。每個變壓器的“主”邊都跨接在被平衡的電池兩端
，“副”邊則跨接在12節(jie)或(huo)更(geng)多(duo)相(xiang)鄰(lin)電(dian)池(chi)構(gou)成(cheng)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)兩(liang)端(duan)，其(qi)中(zhong)包(bao)括(kuo)被(bei)平(ping)衡(heng)的(de)電(dian)池(chi)。副(fu)邊(bian)跨(kua)接(jie)的(de)電(dian)池(chi)數(shu)量(liang)僅(jin)受(shou)到(dao)外(wai)部(bu)組(zu)件(jian)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)的(de)限(xian)製(zhi)。與(yu)外(wai)部(bu)開(kai)關(guan)和(he)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)調(tiao)節(jie)範(fan)圍(wei)相(xiang)對(dui)應(ying)，電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)和(he)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)可(ke)通(tong)過(guo)外(wai)部(bu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)器(qi)設(she)定(ding)為(wei)高(gao)達(da)10A以上的值。是否排序以及是否對通過主邊和副邊組件的 IPEAK/IZERO 電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)，取(qu)決(jue)於(yu)平(ping)衡(heng)器(qi)是(shi)否(fou)啟(qi)動(dong)以(yi)給(gei)某(mou)節(jie)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)或(huo)放(fang)電(dian)。通(tong)過(guo)同(tong)步(bu)運(yun)行(xing)和(he)恰(qia)當(dang)地(di)選(xuan)擇(ze)組(zu)件(jian)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)高(gao)效(xiao)率(lv)。各(ge)個(ge)平(ping)衡(heng)器(qi)都(dou)是(shi)通(tong)過(guo)BMS係統處理器啟動的
，這些平衡器將保持啟動狀態
，直到BMS命令要求停止平衡或者檢測到故障情況為止。

 

電(dian)池(chi)包(bao)最(zui)大(da)的(de)難(nan)題(ti)之(zhi)一(yi)是(shi)熱(re)量(liang)。高(gao)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)會(hui)迅(xun)速(su)縮(suo)短(duan)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)並(bing)降(jiang)低(di)其(qi)性(xing)能(neng)。不(bu)幸(xing)的(de)是(shi)
，在(zai)大(da)電(dian)流(liu)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)中(zhong)
，平(ping)衡(heng)電(dian)流(liu)也(ye)必(bi)須(xu)很(hen)大(da)
，以(yi)延(yan)長(chang)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)，或(huo)實(shi)現(xian)電(dian)池(chi)包(bao)的(de)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)。效(xiao)率(lv)欠(qian)佳(jia)的(de)平(ping)衡(heng)器(qi)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)內(nei)產(chan)生(sheng)不(bu)想(xiang)要(yao)的(de)熱(re)量(liang)，這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)減(jian)少(shao)在(zai)給(gei)定(ding)時(shi)間(jian)可(ke)以(yi)運(yun)行(xing)的(de)平(ping)衡(heng)器(qi)數(shu)量(liang)或(huo)者(zhe)通(tong)過(guo)昂(ang)貴(gui)的(de)減(jian)熱(re)方(fang)法(fa)來(lai)解(jie)決(jue)。LTC3300在充電和放電方向都能實現>90% 的效率
，相對於效率為80%的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)而(er)言(yan)，在(zai)平(ping)衡(heng)器(qi)功(gong)耗(hao)相(xiang)等(deng)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，這(zhe)允(yun)許(xu)平(ping)衡(heng)電(dian)流(liu)提(ti)高(gao)一(yi)倍(bei)以(yi)上(shang)。此(ci)外(wai)，平(ping)衡(heng)器(qi)效(xiao)率(lv)越(yue)高(gao)，電(dian)荷(he)分(fen)配(pei)就(jiu)越(yue)有(you)效(xiao)
，這(zhe)又(you)會(hui)使(shi)容(rong)量(liang)恢(hui)複(fu)更(geng)有(you)效(xiao)、充電速度更快。

圖 2：LTC3300 怎樣在整個電池組內傳送電荷

 

在整個電池組內傳送電荷是通過副邊交錯連接實現的

，如圖 2 所示。以這種方式交錯連接，允許電荷從 6 節jie電dian池chi構gou成cheng的de任ren何he電dian池chi組zu傳chuan送song到dao相xiang鄰lin電dian池chi組zu。請qing注zhu意yi
，相xiang鄰lin電dian池chi在zai電dian池chi組zu中zhong可ke以yi是shi上shang麵mian的de電dian池chi，也ye可ke以yi是shi下xia麵mian的de電dian池chi。當dang優you化hua平ping衡heng算suan法fa時shi
，這zhe種zhong靈ling活huo性xing非fei常chang有you用yong。對dui交jiao錯cuo係xi統tong的de常chang見jian誤wu解jie是shi：congfeichangchangdedianchizudedingbuxiangdibuzhongxinfenpeidianhexiaolvyidingfeichangdi，yinweicongdingbuxiangdibuyidongdianhexuyaodaliangzhuanhuan。ranershijishang，jintongguoxianghuozizuikaojinxuyaopinghengdedianchidenaxiedianchizhongxinfenpeidianhe，jiukewanchengdaduoshupingheng。zaiyou10節或更多節電池組成的副邊電池組中，僅通過運行1個平衡器
，就允許比較薄弱的電池恢複超過 90%“丟失”的容量
，否則這種電池就會限製整個電池組的運行時間。因此，憑借LTC3300 的交錯拓撲，無需從電池組頂部一路將電荷移動到底部，大多數平衡工作是靠相鄰電池在局部完成的。

 

除了提供出色的電氣性能
，LTC3300 雙向有源平衡器還提供很多行車安全功能
，以防止平衡時出現閃失，並保持最高可靠性。數據完整性校驗 (對所有入出數據、看門狗定時器和回讀數據進行CRC 校驗) 防止平衡器響應意外或錯誤的命令。可編程伏-秒miao箝qian位wei確que保bao平ping衡heng時shi電dian流liu檢jian測ce故gu障zhang不bu會hui導dao致zhi出chu現xian電dian流liu失shi控kong。逐zhu電dian池chi過guo壓ya和he欠qian壓ya校xiao驗yan以yi及ji副fu邊bian過guo壓ya檢jian測ce可ke在zai平ping衡heng時shi防fang止zhi突tu然ran發fa生sheng的de電dian池chi束shu線xian故gu障zhang損sun壞huai平ping衡heng電dian路lu。

 

這些特性使 LTC3300 能(neng)夠(gou)在(zai)串(chuan)聯(lian)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)中(zhong)提(ti)供(gong)高(gao)性(xing)能(neng)

，並(bing)提(ti)供(gong)可(ke)靠(kao)的(de)有(you)源(yuan)平(ping)衡(heng)，例(li)如(ru)電(dian)動(dong)型(xing)汽(qi)車(che)中(zhong)常(chang)見(jian)的(de)那(na)類(lei)串(chuan)聯(lian)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)。隨(sui)著(zhe)這(zhe)類(lei)係(xi)統(tong)中(zhong)電(dian)池(chi)的(de)老(lao)化(hua)或(huo)需(xu)要(yao)更(geng)換(huan)
，補(bu)償(chang)由(you)此(ci)導(dao)致(zhi)的(de)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)失(shi)配(pei)以(yi)防(fang)進(jin)一(yi)步(bu)損(sun)害(hai)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)
、充電時間或電池包壽命
，這變得越來越重要了。