電池管理應(yīng)用中精確測量和溫度穩(wěn)定的重要性

新穎的基準(zhǔn)電壓校準(zhǔn)方法
為了在各種溫度變化下獲得更好的性能，愛特梅爾增加了一個(gè)額外的基準(zhǔn)電壓校準(zhǔn)機(jī)制，用以調(diào)節(jié)帶隙基準(zhǔn)源的溫度系數(shù)。這個(gè)校準(zhǔn)步驟將調(diào)節(jié)曲率的形狀和位置，并顯著改善隨溫度變化的穩(wěn)定性，如圖4所示，在-20～+85℃溫度范圍內(nèi)的最大變化是0.5%。注意第二個(gè)校準(zhǔn)步驟可以檢測和顯示出具有截然不同的曲線形狀的離群點(diǎn)。

圖5 包含溫度偏移的電壓測量精度

基于生產(chǎn)測試成本因素，一般情況下BM器件是不執(zhí)行第二個(gè)校準(zhǔn)步驟的。因?yàn)樾袠I(yè)規(guī)范是只在一個(gè)溫度下測試封裝器件，而第二次校準(zhǔn)則需要在兩個(gè)溫度下對封裝器件進(jìn)行精確的模擬測試，所以加入具有高模擬精度要求的第二個(gè)測試步驟通常都會大幅度增加成本。

愛特梅爾則開發(fā)出了一種新穎的方法，能以盡量少的額外成本來執(zhí)行第二個(gè)測試步驟。傳統(tǒng)上，第二步測試需要高精度測量設(shè)備和復(fù)雜的計(jì)算操作。此外，對每一個(gè)待測器件，第一步測試的數(shù)據(jù)必須存儲，然后在第二步測試中恢復(fù)。這些要求都會提高測試成本。愛特梅爾的專有技術(shù)充分利用BM單元本身具有的特性，把測試設(shè)備要求降至最低：通過精確的外部基準(zhǔn)電壓，利用板上ADC來執(zhí)行測量；利用CPU來執(zhí)行必須的計(jì)算任務(wù)；以及利用閃存來存儲第一步的測量數(shù)據(jù)。因此，只要利用成本非常低的測試設(shè)備便可以獲得精度極高的結(jié)果。通過這種方法，愛特梅爾便能夠以極低的額外測試成本來提供業(yè)界領(lǐng)先的性能。

圖6 基于電流測量精度的電量計(jì)精度結(jié)果

帶溫度偏移的電壓測量精度
當(dāng)電池達(dá)到完全放電或完全充電狀態(tài)時(shí)，電壓測量便會決定什么時(shí)候關(guān)斷應(yīng)用或停止對電池充電。因?yàn)樽畲蠛妥钚?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電池">電池電壓的安全考量都是不能打折扣的，故須內(nèi)置一個(gè)保護(hù)帶(guard band)，以確保所有情況下都能安全工作。電壓測量精度越高，需要的保護(hù)帶便越小，實(shí)際電池容量的利用率也會越高。在給定的電壓和溫度下，電壓測量可被校準(zhǔn)，而該條件下的電壓測量誤差將極小。當(dāng)考慮到溫度偏移時(shí)，測量誤差的主要來源是基準(zhǔn)電壓漂移。圖5顯示了使用標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓相比曲率補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓所帶來的不確定性。如圖5所示，曲率補(bǔ)償可顯著提高精度。

結(jié)語
要最大限度地使用電池每次充電后的能量，盡量延長電池組的壽命，同時(shí)又不犧牲電池組的安全性，高的測量精度至關(guān)重要。為了避免增加校準(zhǔn)成本，BMU的固有精度必須盡可能地高。此外，通過能夠充分利用MCU板上資源的靈活新穎的校準(zhǔn)技術(shù)，便可以最小成本實(shí)現(xiàn)良好的基準(zhǔn)，消除溫度的影響。

圖6所示為32小時(shí)內(nèi)，一個(gè)10Ah電池的放電周期，分別是3h/1.5A，7h/0.6A，以及22h/60mA。溫度變化為±10℃，使用的是5mΩ的感測電阻。采用帶普通校準(zhǔn)方法的標(biāo)準(zhǔn)BMU，電荷積聚中的誤差大于400mAh，在這個(gè)例子中相當(dāng)于10Ah電池的4%以上。愛特梅爾的解決方案由于采用了整合有專有校準(zhǔn)方法的靈活模擬設(shè)計(jì)，能夠大大提高精度。基于這些改進(jìn)，誤差可被降至20mAh以下，相當(dāng)于0.2%。