圖1：顯示電源需要電池監測的電動汽車示例

 

電動汽車/混合動力汽車中的噪聲源具有不同頻率和不同振幅，這使得如何更好地對其進行過濾成為了一個難題
，從而不影響對電池電壓、溫度和電池組電流的測量。測量誤差可能導致各種後果，包括錯誤報告電池充電狀態、可能的過度充電和過度電池放電，這都可能會影響駕駛員


、乘(cheng)客(ke)和(he)車(che)輛(liang)的(de)安(an)全(quan)。為(wei)應(ying)對(dui)這(zhe)些(xie)挑(tiao)戰(zhan)，德(de)州(zhou)儀(yi)器(qi)的(de)電(dian)池(chi)監(jian)測(ce)器(qi)和(he)平(ping)衡(heng)器(qi)產(chan)品(pin)組(zu)合(he)旨(zhi)在(zai)通(tong)過(guo)實(shi)現(xian)集(ji)成(cheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)過(guo)濾(lv)波(bo)來(lai)實(shi)現(xian)高(gao)電(dian)壓(ya)測(ce)量(liang)的(de)精(jing)度(du)，這(zhe)也(ye)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)減(jian)少(shao)了(le)對(dui)額(e)外(wai)外(wai)部(bu)組(zu)件(jian)的(de)需(xu)求(qiu)。

 

當今信號噪聲濾波解決方案的缺點

 

對於駕駛員和乘客而言，現代汽車更安靜，即使它不是 EV/HEV但並未聽到很多影響內部係統的信號噪聲
，包括電池電壓
、溫度和電流的測量以及此數據與主電子控製單元（ECU）通信的方式。

 

該信號噪聲來自車輛的不同區域，包括加熱器、逆(ni)變(bian)器(qi)電(dian)機(ji)和(he)充(chong)電(dian)器(qi)。這(zhe)些(xie)不(bu)同(tong)的(de)噪(zao)聲(sheng)都(dou)在(zai)不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)下(xia)產(chan)生(sheng)諧(xie)振(zhen)範(fan)圍(wei)從(cong)數(shu)十(shi)赫(he)茲(zi)到(dao)幾(ji)百(bai)兆(zhao)赫(he)茲(zi)

，這(zhe)會(hui)影(ying)響(xiang)需(xu)要(yao)監(jian)測(ce)的(de)信(xin)號(hao)質(zhi)量(liang)。因(yin)此(ci)，為(wei)實(shi)現(xian)盡(jin)可(ke)能(neng)高(gao)的(de)性(xing)能(neng)，消(xiao)除(chu)噪(zao)聲(sheng)或(huo)至(zhi)少(shao)抑(yi)製(zhi)多(duo)數(shu)噪(zao)聲(sheng)成(cheng)為(wei)一(yi)項(xiang)“必做之事”


，無論噪聲來自何處。降噪不當或不足會在測量路徑中引入諧波分量
，導致係統無法解釋的額外誤差。

 

原始設備製造商（OEM）麵(mian)臨(lin)著(zhe)一(yi)個(ge)主(zhu)要(yao)挑(tiao)戰(zhan)，因(yin)為(wei)很(hen)難(nan)準(zhun)確(que)描(miao)述(shu)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)特(te)征(zheng)，這(zhe)樣(yang)清(qing)晰(xi)的(de)組(zu)件(jian)選(xuan)擇(ze)可(ke)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)完(wan)整(zheng)濾(lv)波(bo)。這(zhe)一(yi)未(wei)知(zhi)情(qing)況(kuang)影(ying)響(xiang)完(wan)整(zheng)濾(lv)波(bo)的(de)執(zhi)行(xing)方(fang)式(shi)。通(tong)常(chang)來(lai)講(jiang)，設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)會(hui)選(xuan)擇(ze)離(li)散(san)的(de)RC濾波器和集成電路，這些濾波器和集成電路被保守地過度設計，以確保其最安全，從而最終影響整體解決方案的成本和效率。

 

BMS係統集成商和設計人員還應注意集成到電池監測器中的數據轉換器的類型。例如，在BMS監測器中都有並行的Σ - ΔADC，每個通道帶有抽取濾波器，這有助於抑製噪聲，但每次測量的轉換時間較長。這反過來會影響總電壓測量速度。另一方麵，多路複用SAR ADC轉換器速度要快得多，但是在所有通道上采樣的電池電壓之間存在時間差，從而對它們的同步產生問題。

 

克服與測量同步相關的挑戰 

 

同步電池電壓的測量無疑對充電狀態(SOC)算法的準確性起著至關重要的作用。該算法能夠以盡可能小的誤差確定電池的充電狀態。這些算法在OEM與OEM之zhi間jian有you所suo差cha異yi，其qi會hui導dao致zhi電dian池chi電dian壓ya測ce量liang所suo需xu的de最zui低di同tong步bu並bing沒mei有you真zhen正zheng統tong一yi的de規gui範fan。但dan是shi
，原yuan始shi設she備bei製zhi造zao商shang之zhi間jian已yi達da成cheng共gong識shi
，該gai數shu字zi必bi須xu遠yuan低di於yu低di於yu1毫秒，並盡可能接近0。

 

每個BMS監測器可同時測量的多個電池的數量也發揮著作用。如上所述，根據BMS監測器的架構和通道數
，可通過在每個通道上安裝一個ADC（例如Σ - Δ ）來實現完美同步，以便它們可同時開始測量。

 

但是
，還必須記住菊花鏈通信線路上發生的時間延遲，因為每個BMS監測器都將其數據向下傳輸到主ECU。此處必須考慮通信速度和幀協議。同樣在此情況下
，就此要求而言
，OEM廠商之間並未統一。市場評估大約是10毫秒，20毫秒
，有時甚至是100毫秒。這意味著，例如ECU將必須每10毫秒接收一次與400V係統的電池電壓相關的數據，且在此時間內，所有96電池上采樣的電池電壓必須在小於1毫秒的時間內對齊。

 

使用外部組件來過濾噪聲是行不通的

 

為wei了le獲huo得de一yi種zhong有you效xiao且qie成cheng本ben優you化hua的de解jie決jue方fang案an，德de州zhou儀yi器qi借jie助zhu其qi汽qi車che電dian池chi監jian測ce器qi和he平ping衡heng器qi係xi列lie產chan品pin
，通tong過guo最zui大da限xian度du地di減jian少shao並bing最zui終zhong消xiao除chu了le對dui外wai部bu組zu件jian的de需xu求qiu來lai過guo濾lv電dian池chi管guan理li係xi統tong中zhong的de噪zao聲sheng。

 

BQ79616-Q1通過在ADC測(ce)量(liang)之(zhi)前(qian)集(ji)成(cheng)前(qian)端(duan)濾(lv)波(bo)器(qi)來(lai)解(jie)決(jue)噪(zao)聲(sheng)問(wen)題(ti)，因(yin)此(ci)可(ke)在(zai)進(jin)行(xing)采(cai)樣(yang)之(zhi)前(qian)抑(yi)製(zhi)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)。集(ji)成(cheng)式(shi)前(qian)端(duan)濾(lv)波(bo)器(qi)使(shi)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)在(zai)電(dian)池(chi)單(dan)元(yuan)輸(shu)入(ru)通(tong)道(dao)上(shang)實(shi)現(xian)簡(jian)易(yi)的(de)、低額定電壓值和差分RC濾波器。

 

此外，集成了後置測量濾波器，以提高ADC轉換後的測量精度，並提供多種頻率濾波選件供您選擇。集成的ADC後，數字低通濾波器可實現類似直流的電壓測量
，以實現更佳的SOC計算。德州儀器監測器在Ta = 80C時支持高達240mA的自主內部電池平衡，並具有溫度監控、自動暫停和重啟平衡功能，以避免過熱的情況。這使ECU的開銷更少，且以更快速度執行額外處理。

 

為了加快所有電池測量結果的交付速度，BQ79616-Q1優化了通信協議
，以便在菊花鏈配置中實現快速數據返回，從而更好地減少了器件之間的延遲。例如
，在采用菊花鏈方式連接六個BQ79616的96-電池400V係統中，電壓測量可在 2.5ms 內返回到係統、波特率為 1Mbps，其中通道間的電池電壓測量增量僅為120微秒。這種通信時間縮短將讓ECU有更多時間執行其他操作


，並提高了總體故障檢測時間容差。

 

圖2：采用德州儀器 BQ796XX電池監測器係列的菊花鏈配置示例

 

包含隔離式雙向菊花鏈端口可支持基於電容器和基於變壓器的隔離
，從而允許將最有效的組件用於EVdonglixitongzhongchangjiandejizhongshihuofenbushijiagou。ciwai，tongguogelishichafenjuhualiantongxinjiekou，zhujiketongguodangejiekouyuzhenggedianchizujinxingtongxin。ruofashengtongxinxianluzhongduanshi，juhualiantongxinjiekoukepeizhiweihuanxingjiagou，yunxuzhujinenggouyuduizhanliangduandeshebeijinxingtongxin。

 

一個長期的、經濟高效的噪聲過濾解決方案

 

通tong過guo消xiao除chu對dui外wai部bu噪zao聲sheng過guo濾lv組zu件jian的de需xu求qiu，工gong程cheng師shi可ke提ti高gao測ce量liang的de完wan整zheng性xing和he精jing度du，實shi現xian通tong道dao間jian測ce量liang同tong步bu
，並bing減jian少shao所suo有you測ce量liang返fan回hui到dao主zhu機ji的de時shi間jian。此ci過guo程cheng還hai應ying有you助zhu於yu生sheng成cheng一yi個ge優you化hua的de
、具有成本效益的解決方案，以幫助OEM在SOC和健康狀態（SOH）計算目標上實現1%的誤差。隨著這些改進不斷滲透到EV/HEV市場中
，更多具有成本效益和更可靠的產品將推出，這將會進一步提升我們的信心。

 

 

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