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編者按：電動汽車電池的電量測量很困難，很難精確，那電動汽車的電池電量的主要難點(diǎn)在哪里呢？小編將帶大家詳細(xì)分析一下。 

很多消費(fèi)者有疑慮為什么電動車動力電池顯示不“精確”呢？

首先電動汽車動力電池的電量測量要比手機(jī)困難得多，很難估計“精確”。

但是隨著電池測量技術(shù)的提升，這不再是不可能完成的任務(wù)。而是電動汽車開發(fā)的重中之重。

電動汽車電池電量測量難點(diǎn)

先來說說困難在哪？電動汽車電池電量準(zhǔn)確測量涉及的因素包括：

1. 電動汽車動力電池材料多樣

精度是電動汽車電池電量測量的一個重要特性。而電動汽車動力電池材料多樣。包括磷酸鐵鋰LiFePO4電池（紅色曲線），鈷酸鋰電池LiCoO2電池（藍(lán)色曲線）和新化學(xué)材料電池如三元素NMC電池（黑色曲線）。它們對電池電量測量提出了不同的要求。對于磷酸鐵鋰LiFePO4電池，其放電曲線平緩，電芯電壓測量精度至關(guān)重要。為了防止過度充電和放電，電池單元應(yīng)保持在滿容量的20%到90%之間。在85kWh的電池中，可用于正常行駛的容量僅為60 kWh。如果測量誤差為5%，為了繼續(xù)安全地進(jìn)行電池運(yùn)行，必須將電池容量保持在25%至85%之間?？偪捎萌萘恳褟?0%減少到了60%。

2.電動汽車的使用環(huán)境惡劣程度極高

電動汽車北可能去到漠河經(jīng)歷零下40度的低溫，西可能去到火焰山經(jīng)歷零上50度的炙烤。同時潮濕、機(jī)械應(yīng)力和長達(dá)15年以上的使用壽命都對動力電池提出了和手機(jī)電池迥然不同的環(huán)境耐受度要求。

3.電動汽車動力電池是電池組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜

電動汽車動力電池是由最基礎(chǔ)的電芯Cell組成電池模塊Module，再由模塊Module組成電池組Pack。而手機(jī)為單體電芯。電動汽車電池由幾節(jié)電池串聯(lián)組成。一個典型的電池組（具有96節(jié)串聯(lián)電池）以4.2 V充電時會產(chǎn)生超過400 V的總電壓。電池組中的電池節(jié)數(shù)越多，所達(dá)到的電壓就越高。

所有電池的充電和放電電流都相同，但是必須對每節(jié)電池上的電壓進(jìn)行監(jiān)控。為了容納高功率汽車系統(tǒng)所需的大量電池，通常將多節(jié)電池分成幾個模塊，并分置于車輛的整個可用空間內(nèi)。典型模塊擁有10到24節(jié)電池，可以采用不同配置進(jìn)行裝配以適合多個車輛平臺。模塊化設(shè)計可作為大型電池組的基礎(chǔ)。它允許將電池組分置于更大的區(qū)域，從而更有效地利用空間。

同時動力電池由于由多個電芯組成，因此最弱的電芯就限制了整體電池組的性能。也就是大家熟知的水桶效應(yīng)，整體的電量受制于最弱電芯的電量。過度充電或者過度放電都會損壞相應(yīng)電芯。

電池測量技術(shù)的提升助力電動汽車電池電量的精準(zhǔn)測量

在汽車電動化的浪潮中，全球領(lǐng)先的高性能模擬芯片大廠ADI基于長期積累的汽車電氣化廣泛經(jīng)驗，通過提供更低排放、更高效率、更高可靠性和安全性的解決方案，讓電池管理、動力總成和信息娛樂等系統(tǒng)保持高性能的同時變得更小、更輕、更可靠，推動更環(huán)保高效的未來汽車早日落地。鋰電池動力系統(tǒng)需要具備以下功能特性：監(jiān)測功能；在苛刻的環(huán)境下能夠保持良好的性能；提供可靠、安全的電量管理。

ADI從2007年發(fā)布第一款鉛酸電池管理IC，就在這個領(lǐng)域占據(jù)了全球領(lǐng)導(dǎo)地位，同時也跟隨電動汽車的趨勢向鋰電池管理系統(tǒng)大步邁進(jìn)。ADI鋰電池監(jiān)控IC產(chǎn)品目前已經(jīng)發(fā)展到第五代，安全性、精度和性能處于業(yè)界領(lǐng)先地位，例如在關(guān)鍵的監(jiān)測功能上ADI借助獨(dú)特的掩埋式齊納基準(zhǔn)電壓源和噪聲濾波模擬與數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)極高的電壓測量精度，對于提升續(xù)航里程這個關(guān)鍵指標(biāo)非常重要。

針對電動汽車電池電量的測量難點(diǎn)，我們說說解決方案。實(shí)際上隨著電池測量技術(shù)的快速提升，它正在助力電動汽車電池電量的精準(zhǔn)測量。這也是目前電動汽車開發(fā)的重中之重。其中一項核心技術(shù)就是電池管理系統(tǒng)BMS。

電池管理系統(tǒng)BMS應(yīng)用框圖顯示了一個典型的具有 96節(jié)電池的電池組，分為8個模塊，每個模塊12個電池單元。在本示例中，電池監(jiān)控器IC為可測量12節(jié)電池的LTC6811。該IC具有0 V至5 V的電池測量范圍，適合大多數(shù)電池化學(xué)應(yīng)用?？蓪⒍鄠€器件串聯(lián)，以便同時監(jiān)測很長的高壓電池組。該器件包括每節(jié)電池的被動平衡。數(shù)據(jù)在隔離柵兩邊進(jìn)行交換并由系統(tǒng)控制器編譯，該控制器負(fù)責(zé)計算SOC、控制電池平衡、檢查SOH，并使整個系統(tǒng)保持在安全限制內(nèi)。

1. 高電芯測量精度拓展可用電量范圍

BMS技術(shù)作為電池組背后的“大腦”，管理著功率輸出、充放電，并在車輛運(yùn)行期間提供精確測量。更高的電芯電壓測量精度可拓展電池可用電量范圍。如果將精度提高到1%（對于磷酸鐵鋰LiFePO4電池，1 mV的測量誤差相當(dāng)于1%的SOC誤差），那么電池可以在滿容量的21%到89%之間運(yùn)行，增加了8%。使用相同的電池和精度更高的BMS，可以增加每次充電的汽車行駛里程。

以ADI為例，BMS電池管理系統(tǒng)電池主監(jiān)控IC產(chǎn)品已迭代至第五代，能夠?qū)?2個甚至更多的電芯通道電壓和溫度進(jìn)行精度優(yōu)于1.2 mV的高精度監(jiān)控。

2. 精準(zhǔn)齊納參考源應(yīng)對惡劣環(huán)境挑戰(zhàn)

BMS電路設(shè)計人員通常根據(jù)數(shù)據(jù)手冊中的規(guī)格來估算電池測量電路的精度。其實(shí)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中其他效應(yīng)通常會在測量誤差中占主導(dǎo)地位。影響測量精度的因素包括：

完善的技術(shù)必須考慮所有這些因素，才能提供非常出色的性能。IC的測量精度主要受基準(zhǔn)電壓Voltage Reference的限制?；鶞?zhǔn)電壓對機(jī)械應(yīng)力很敏感。PCB焊接期間的熱循環(huán)會產(chǎn)生硅應(yīng)力。濕度是產(chǎn)生硅應(yīng)力的另一個原因，因為封裝會吸收水分。硅應(yīng)力會隨著時間的推移而松弛，從而導(dǎo)致基準(zhǔn)電壓的長期漂移。

LTC68xx系列使用了實(shí)驗室級的齊納二極管基準(zhǔn)電壓源，這是ADI經(jīng)過30多年不斷完善的技術(shù)。埋入式齊納二極管將結(jié)放置在硅表面下方，遠(yuǎn)離污染物和氧化層的影響。其結(jié)果是齊納二極管具有出色的長期穩(wěn)定性、低噪聲和相對精確的初始容差。在整個汽車級溫度范圍-40°C至+125°C內(nèi)，漂移都小于1 mV。隨著時間的推移，齊納二極管基準(zhǔn)電壓源具有更出色的穩(wěn)定性，至少比帶隙基準(zhǔn)電壓源提高5倍。類似的濕度和PCB裝配應(yīng)力測試表明，埋入式齊納二極管的性能比帶隙基準(zhǔn)電壓源更勝一籌。

3.電芯均衡破除水桶效應(yīng)

BMS還提供重要的保護(hù)措施，以防電池受到損害。電池組由多組獨(dú)立的電池單元組成，這些電池單元無縫合作為汽車提供最大的電力輸出。如果電池單元之間失去均衡，它們會受到應(yīng)力影響導(dǎo)致充電過早終止，進(jìn)而會縮短電池的總體壽命。

被動平衡會讓電池組每個單元的容量近似與最弱單元相同。它在充電周期中使用相對較低的電流，從高 SoC 電池消耗少量能量，使得所有電池單元充電至其最大 SoC。這是通過與每個電池單元并聯(lián)的開關(guān)和泄放電阻來實(shí)現(xiàn)的。高 SoC 電池放電 (功率消耗在電阻中)，因此充電可以繼續(xù)，直至所有電池單元都充滿電。

以上，電池測量技術(shù)的提升，通過拓展電量可用范圍、精準(zhǔn)齊納參考源應(yīng)對惡劣環(huán)境挑戰(zhàn)和電芯均衡破除水桶效應(yīng)，來助力電動汽車電池電量的精準(zhǔn)測量。就相當(dāng)于最大程度的減少了啤酒頂部的泡沫，留下貨真價實(shí)可以喝的美酒。未來的電動汽車電池技術(shù)一定會更精準(zhǔn)更智能。從而消除用戶的里程焦慮，讓消費(fèi)者放心暢游。

原標(biāo)題：電動汽車電池電量測量難點(diǎn)在哪？