改善电池管理应用的精确测量和温度稳定性

2010年09月30日13:12:23 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

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——爱特梅尔公司产品市场总监Odd Jostein Svendsli谈便携式应用充电电池技术

锂离子电池具有单位体积/重量的能量密度高、电压高、自放电率低，以及无记忆效应等优势，目前已逐渐成为使用充电电池的便携应用产品的首选技术。厂商在电池管理方面也遇到了一些挑战，为此我们采访了爱特梅尔公司产品市场总监Odd Jostein Svendsli，请他谈了便携式应用充电电池技术方面需要关注的一些问题。

设计挑战在于确保电能效率，又不影响安全性

对电池组来说，设计挑战在于确保用户可以使用全部电能，而不会影响安全性。要达到这个目标，重要的是具备良好的测量精度，并确保充电/放电部分的损耗尽可能的小。爱特梅尔的解决方案是使用偏移非常小的很稳定的库仑计 (coloumb counter)，使用很小的感测电阻器，以及高效的高侧N沟道FET驱动器，确保在安全FET中的电能容量损失较小。在选择锂离子电池时，必须进行正确的管理，以实现安全工作，并获得每循环周期较高容量和较长寿命，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，必须能够考虑到较坏条件。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规限，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。

无论是在电池、电池组或设备层面上，锂离子电池组都具有很多的安全机制。所有这些安全机制都具有各自的安全裕量，由于这些裕量必需很高以补偿较差情形下的运作性能，这将会减小电池每次放电循环的总体电量。爱特梅尔专注于消除这些较差的情形，因此我们能够减小安全裕量，而不会给安全性带来任何影响，这样就可以提升所有应用的电能和电池使用寿命。

充分考虑温度漂移

电池工作温度对电池寿命的影响很大，如果电池发热，当时的可用电量将会增加，然而，电量的增加是短暂的，电池的老化效应亦会随着温度的升高而大大加快。由于难以在电池内部做工作来改善温度曲线，所以终端设备制造商必需将电池放置在远离高温环境的位置，以确保电池具有较长的使用寿命。

电池管理器件的温度偏移是确保系统安全性的较大问题之一，鉴于电池管理器件使用的参考电压的特性，电压测量的精度会受到温度偏移的影响，因而安全裕量必需增加以确保安全运作。爱特梅尔使用一种专利方法以消除这种温度偏移，从而确保在温度变化时实现安全运作，减小安全裕量。

温度漂移的正确测量

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进行了校准的话便更容易。但实际情况中，电池组通常都会经受各种温度变化，所以温度偏移是区分真正高性能BMU和性能一般的普通BMU的关键参数。

此外，要精确测量电荷流，还要考虑到众多其它参数，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较重要；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。

为了在各种温度变化下获得更好的性能，爱特梅尔开发了一种新颖的基准电压校准方法，增加了一个额外的基准电压校准机制，用以调节带隙基准源的温度系数。这个校准步骤将调节曲率的形状和位置，并显著改善随温度变化的稳定性，在-20 –至85°C温度范围内的较大变化是0.5%。因此，只要利用成本非常低的测试设备便可以获得精度极高的结果。通过这种方法，爱特梅尔便能够以极低的额外测试成本来提供业界领先的性能。

高测量精度要对较大限度地使用电池每次充电后的能量，延长电池组的寿命，同时又不牺牲电池组的安全性至关重要。为了避免增加校准成本，必须尽可能提高BMU的固有精度。此外，通过能够充分利用MCU板上资源的灵活新颖的校准技术，便可以较小成本实现良好的基准，消除温度的影响。

改善电池管理应用的精确测量和温度稳定性

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