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。

 

無wu論lun每mei年nian銷xiao售shou多duo少shao輛liang汽qi車che，汽qi車che中zhong的de電dian子zi係xi統tong都dou會hui繼ji續xu增zeng加jia。對dui混hun合he動dong力li型xing和he全quan電dian動dong型xing汽qi車che的de需xu求qiu進jin一yi步bu推tui進jin了le汽qi車che電dian子zi市shi場chang的de增zeng長chang。隨sui著zhe將jiang電dian池chi作zuo為wei電dian源yuan這zhe種zhong方fang式shi日ri益yi流liu行xing
，對dui於yu最zui大da限xian度du延yan長chang電dian池chi可ke用yong壽shou命ming，也ye出chu現xian了le同tong樣yang的de需xu求qiu。電dian池chi不bu平ping衡heng (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)。

 

duiyuhunhediandongxingqichehequandiandongxingqichedianchibaozhongshiyongdedianchi
，dianchizhizaoshanghuizhenduiqirongliangheneibuzukangjinxingfenlei
，yijianshaojiaofugeikehudetedingpicidianchizhijiandechabie。ranhou

，yongzaixitiaoxuanguodedianchigouchengqichedianchibao
，yitigaodianchibaozhongdianchizhijiandezongtipipeidu。lilunshang
，zheyangzuoyinggainenggoufangzhidianchibaozhongchuxianhenyanzhongdedianchibupingheng，danshijinguanruci，yigepubiandegongshishi，zuchengdaxingdianchibaoshi，yaozaidianchibaoshoumingqineibaochihendadedianchirongliang，dianchijiankonghedianchipinghengdouxuyao。lingliertexindedianchiguanlixitong (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 SoC會(hui)逐(zhu)步(bu)變(bian)化(hua)，需(xu)要(yao)補(bu)償(chang)，這(zhe)是(shi)平(ping)衡(heng)串(chuan)聯(lian)連(lian)接(jie)電(dian)池(chi)的(de)最(zui)根(gen)本(ben)理(li)由(you)。一(yi)般(ban)而(er)言(yan)，對(dui)於(yu)容(rong)量(liang)嚴(yan)格(ge)匹(pi)配(pei)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)，無(wu)源(yuan)或(huo)消(xiao)耗(hao)性(xing)平(ping)衡(heng)方(fang)法(fa)足(zu)以(yi)應(ying)對(dui)SoC 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SoC失(shi)配(pei)，都(dou)會(hui)嚴(yan)重(zhong)降(jiang)低(di)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)可(ke)用(yong)容(rong)量(liang)，除(chu)非(fei)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)是(shi)平(ping)衡(heng)的(de)。要(yao)最(zui)大(da)限(xian)度(du)提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)組(zu)容(rong)量(liang)
，就(jiu)要(yao)求(qiu)在(zai)電(dian)池(chi)組(zu)充(chong)電(dian)和(he)放(fang)電(dian)時(shi)，電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)是(shi)平(ping)衡(heng)的(de)。

 

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12節jie或huo更geng多duo相xiang鄰lin電dian池chi向xiang指zhi定ding電dian池chi傳chuan送song電dian荷he
，以yi給gei該gai電dian池chi充chong電dian。所suo有you平ping衡heng器qi都dou可ke以yi同tong時shi以yi某mou一yi電dian荷he傳chuan送song方fang向xiang運yun行xing，以yi最zui大da限xian度du縮suo短duan電dian池chi組zu平ping衡heng時shi間jian。所suo有you平ping衡heng控kong製zhi命ming令ling都dou通tong過guo一yi個ge可ke疊die置zhi的de、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12jiehuogengduoxianglindianchigouchengdedianchizudeliangduan，qizhongbaokuobeipinghengdedianchi。fubiankuajiededianchishuliangjinshoudaowaibuzujianjichuandianyadexianzhi。yuwaibukaiguanhebianyaqidetiaojiefanweixiangduiying，dianchidechongdianhefangdiandianliuketongguowaibujiancedianzuqishedingweigaoda10A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guoBMS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 jiedianchigouchengderenhedianchizuchuansongdaoxianglindianchizu。qingzhuyi，xianglindianchizaidianchizuzhongkeyishishangmiandedianchi

，yekeyishixiamiandedianchi。dangyouhuapinghengsuanfashi，zhezhonglinghuoxingfeichangyouyong。duijiaocuoxitongdechangjianwujieshi：從(cong)非(fei)常(chang)長(chang)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)頂(ding)部(bu)向(xiang)底(di)部(bu)重(zhong)新(xin)分(fen)配(pei)電(dian)荷(he)效(xiao)率(lv)一(yi)定(ding)非(fei)常(chang)低(di)，因(yin)為(wei)從(cong)頂(ding)部(bu)向(xiang)底(di)部(bu)移(yi)動(dong)電(dian)荷(he)需(xu)要(yao)大(da)量(liang)轉(zhuan)換(huan)。然(ran)而(er)實(shi)際(ji)上(shang)，僅(jin)通(tong)過(guo)向(xiang)或(huo)自(zi)最(zui)靠(kao)近(jin)需(xu)要(yao)平(ping)衡(heng)的(de)電(dian)池(chi)的(de)那(na)些(xie)電(dian)池(chi)重(zhong)新(xin)分(fen)配(pei)電(dian)荷(he)
，就(jiu)可(ke)完(wan)成(cheng)大(da)多(duo)數(shu)平(ping)衡(heng)。在(zai)由(you)10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。