電動轎車（EV）和混合動力電動轎車（HEV）的電池技能現(xiàn)已獲得了顯著進步，不光電池能量密度已穩(wěn)步進步，并且電池還能可靠地充電和放電數(shù)千次。如果規(guī)劃工程師能有用使用這些技能進步，那么就本錢、可靠性和壽數(shù)而言，電動轎車和混合動力電動轎車就有潛力與傳統(tǒng)轎車競爭。

 

一個電池規(guī)則的容量是指電池從100%充電狀況到零充電狀況所能供給的電量。充電到100%充電狀況或放電到零充電狀況會敏捷縮短電池壽數(shù)，因而應(yīng)該細心辦理電池以避免完全充電或完全放電狀況。與作業(yè)在30%~70%的充電狀況之間（使用40%的容量）相比，作業(yè)在10%充電狀況到90%充電狀況之間（使用80%的規(guī)則容量）能夠?qū)㈦姵氐某潆娧h(huán)總次數(shù)削減到原來的1/3或更低。

 

在有用電池容量和電池壽數(shù)之間進行平衡給電池體系規(guī)劃工程師帶來了應(yīng)戰(zhàn)。考慮前文說到的使用40%容量與使用80%容量的狀況。如果體系將電池為限制為僅使用其40%容量，以便使電池壽數(shù)延長到原來的3倍，那么電池尺寸有必要增大1倍以獲得與使用80%容量狀況下一樣多的可用容量。但這會使電池體系的分量和體積增大1倍，從而進步本錢并降低效率。

 

轎車制造商一般要求電池壽數(shù)超越10年，且對必需的可用電池容量做了規(guī)則。電池體系規(guī)劃工程師面對的應(yīng)戰(zhàn)是有必要竭盡所能用最小的電池組實現(xiàn)最大的容量。為達到這個方針，電池體系有必要選用精密的電子電路細心操控和監(jiān)督電池。

 

電動轎車電池組體系電動轎車電池組由多個電池串聯(lián)疊置組成。一個典型的電池組大約有96個電池，充電到4.2V的鋰離子電池而言，這樣的電池組可產(chǎn)生超越400V的總電壓。雖然轎車電源體系將電池組看作單個高壓電池，每次都對整個電池組進行充電和放電，但電池操控體系有必要獨立考慮每個電池的狀況。如果電池組中的一個電池容量稍微低于其他電池，那么經(jīng)過多個充電/放電周期后，其充電狀況將逐漸違背其它電池。如果這個電池的充電狀況沒有周期性地與其它電池平衡，那么它最終將進入深度放電狀況，從而導(dǎo)致?lián)p壞，并最終形成電池組毛病。為避免這種狀況發(fā)作，每個電池的電壓都有必要監(jiān)督，以確定充電狀況。此外，有必要有一個裝置讓電池單獨充電或放電，以平衡這些電池的充電狀況。

 

電池組監(jiān)督體系的一個重要考慮因素是通訊接口。就PC板內(nèi)的通訊而言，常用的選項包含串行外設(shè)接口（SPI）總線、I2C總線，每種總線的通訊開銷都很低，適用于低攪擾環(huán)境。另一個選項是操控器局域網(wǎng)（CAN）總線，這種總線在轎車應(yīng)用中被廣泛使用。CAN總線非常魯棒，具有誤差檢測和毛病容限特性，但是它的通訊開銷很大，材料本錢也很高。雖然從電池體系到轎車主CAN總線的銜接是值得要的，但在電池組內(nèi)選用SPI或I2C通訊是有優(yōu)勢的。

 

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一、容量足夠大

 

　　電池的制造需要較多的極片，并且要求電芯的一致性較好。這樣就要求，漿料需要一定的一致性，在實際攪拌過程中會因為攪拌操作、時間、加料順序等原因造成每鍋漿料并不完全相同，即使在一樣的工藝條件下每次漿料的粘度都并不一定相同。所以，需要攪拌機具有一定的容量，目前大型的攪拌機可以做到2000L，容量足夠大時必須要考慮攪拌的能力和物料的混合效果。

 

　　二、具有好的真空密閉系統(tǒng)

 

　　攪拌機需要好的真空密閉系統(tǒng)，其主要原因有三點:

 

　　①在整個攪拌過程中，由于物料之間頻繁碰撞、摩擦，以及攪拌器與物料之間的摩擦，會產(chǎn)生較多熱量，導(dǎo)致溫度升高。溫度升高會造成部分溶劑會發(fā)，產(chǎn)生很大刺激性氣味，如NMP、PVDF等，有機氣體對人體有很大的傷害。

 

　?、诜哿显诟煞垲A(yù)混階段，如果密閉系統(tǒng)不夠好，就會使粉塵四揚，破壞工作環(huán)境影響產(chǎn)品質(zhì)量并對員工造成傷害。

 

　?、鄯垠w內(nèi)部有較大空隙，在與溶劑混合后，漿料內(nèi)部必然會有很多氣泡。需要對漿料進行脫泡處理，才能進行極片涂覆，否則會在涂布過程中出現(xiàn)氣泡破裂，面密度不同甚至露箔的現(xiàn)象，這對電池的性能是極度不利的。

 

　　三、攪拌機材質(zhì)具有較強耐腐蝕、耐磨、穩(wěn)定的物化性質(zhì)

 

　　很顯然，無論正極材料的強堿性、NMP的強腐蝕性等等都需要攪拌機具有優(yōu)秀的耐腐蝕性。在攪拌過程中，攪拌器對粉料的不斷攪拌則要求其具有耐磨性，具有足夠長的使用壽命。

 

　　四、攪拌器葉片結(jié)構(gòu)合理、攪拌速度設(shè)計滿足要求

 

　　攪拌機中除了要有足夠的攪拌動力和攪拌范圍，攪拌器葉片的形狀、力學(xué)設(shè)計等等都對漿料制備有很大的影響。首先，必須保證攪拌器的攪拌范圍足夠大，在攪拌容器內(nèi)無死角。目前在較大的攪拌機中采用的是雙軸甚至三軸行星式攪拌器，來確保無粉料或結(jié)塊活物質(zhì)未均勻混合到漿料中。

 

　　其次，攪拌器的形狀設(shè)計對物料的分散、混合、粒度分布、流動性等具有絕對的影響。目前市面上常見的形狀包括槳葉式、蝶式、錨式、麻花式、爪式、框式等，設(shè)備中最好配備有高速分散設(shè)備，因為有的材料需要高速剪切力對其進行分散，故具有一定的必要性。第三則要求設(shè)備具有滿足要求的攪拌速度，以滿足高分子量、超細粉體分散的要求。

 

凌力爾特公司（Linear）現(xiàn)已推出一款使電池體系規(guī)劃工程師能夠滿意這些嚴(yán)苛要求的器材。LTC6802是一個電池組監(jiān)督器IC，能測量多達12個疊置電池的電壓。LTC6802還有內(nèi)部開關(guān)，使電池能夠單獨放電，以便它們能與電池組中的其它電池進入平衡狀況。

 

為說明電池組架構(gòu)，考慮一個具有96個鋰離子電池的體系。這將需求8個LTC6802來監(jiān)督整個電池組，其中每個器材作業(yè)在不同的電壓。當(dāng)選用4.2V鋰離子電池時，底端監(jiān)督器材將跨接在12個電池上，電位調(diào)節(jié)范圍為0~50.4V，下一組電池的電壓范圍為50.4V到100.8V，順著電池組依此類推。這些器材之間在不同的電壓上進行通訊帶來了難以克服的應(yīng)戰(zhàn)。人們現(xiàn)已考慮過多種方法，但因為轎車制造商優(yōu)先考慮的要點不同，每種方法都有優(yōu)點和缺點。

 

電池監(jiān)督要求在電池監(jiān)督體系架構(gòu)之間作抉擇時，至少有5個需求平衡的首要要求。它們的相對重要性取決于最終客戶的需求和期望。

 

1. 準(zhǔn)確性。為了使用或許的最大電池容量，電池監(jiān)督器需求準(zhǔn)確。不過，轎車是一種噪聲體系，在很大的頻率范圍內(nèi)存在電磁攪擾。任何的準(zhǔn)確性降低都會對電池組壽數(shù)和功能造成有害影響。

 

2. 可靠性。不管選用何種電源，轎車制造商有必要滿意極高的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。此外，高能量容量以及有些電池技能潛在的不穩(wěn)定本性是人們憂慮的首要安全問題。相對于嚴(yán)重的電池毛病，在保守性條件下履行關(guān)斷操作的毛病安全體系更加可取，雖然它有或許使乘客不幸滯留。因而，有必要細心監(jiān)督和操控電池體系，以在體系中保證對整個電池壽數(shù)期的全面操控。為最大極限削減假的和真的毛病，一個良好規(guī)劃的電池組體系有必要有魯棒的通訊，最大極限削減毛病形式以及毛病檢測。

 

3. 可制造性?，F(xiàn)代的轎車已包含很多選用復(fù)雜布線線束的電子產(chǎn)品。就轎車制造而言，增加復(fù)雜的電子電路和配線以支撐電動轎車/混合動力電動轎車電池體系會使復(fù)雜性更高?？偟慕M件和銜接數(shù)量有必要盡量地少以滿意嚴(yán)厲的尺寸和分量限制，并保證大批量生產(chǎn)是切實可行的。

 

4. 本錢。復(fù)雜的電子操控體系或許很昂貴，最大極限削減如微操控器、接口操控器、電流阻隔器和晶振等本錢相對高昂的元件數(shù)量可大大降低體系的總本錢。

 

5. 功率。電池監(jiān)督器自身也是電池的負載，其較低的作業(yè)電流可進步體系效率，較低的備用電流可在轎車熄火后避免電池過度放電。

 

電池監(jiān)督架構(gòu)圖1至圖4給出了4種電池監(jiān)督體系架構(gòu)。假定一個由96個電池組成的體系以12個電池為一組分成8組，表中對這種狀況下的每種架構(gòu)的優(yōu)點和缺點進行了總結(jié)。在每種狀況下，一個LTC6802監(jiān)督一個由12個電池組成的電池組。每種架構(gòu)都規(guī)劃為一個自主的電池監(jiān)督體系，都供給到轎車主CAN總線的CAN總線接口，且與轎車的其余部分是電流阻隔的。

 

1.并行獨立CAN模塊（如圖1）每個由12個電池組成的模塊都含有一個電路板，板上有LTC6802、微操控器、CAN接口和電流阻隔變壓器。體系所需的很多電池監(jiān)督數(shù)據(jù)會使轎車的主CAN總線崩潰，因而這些CAN模塊需求在局域CAN子網(wǎng)上。CAN子網(wǎng)由主操控器和諧，該操控器還供給至轎車主CAN總線的網(wǎng)關(guān)。

 

2.具CAN網(wǎng)關(guān)的并行模塊（如圖2）每個由12個電池組成的模塊都含有一個電路板，板上有LTC6802和數(shù)字阻隔器。這些模塊與操控器電路板有獨立的接口銜接，操控器電路板上含有微操控器、CAN接口和電流阻隔變壓器。微操控器和諧這些模塊并供給到轎車主CAN總線的網(wǎng)關(guān)。

 

3.具CAN網(wǎng)關(guān)的單個監(jiān)督模塊（圖3）在這種裝備中，由12個電池組成的模塊內(nèi)部沒有監(jiān)督和操控電路，而是在單個電路板上有8個LTC6802監(jiān)督器IC，每個IC都銜接到其電池模塊。LTC6802器材經(jīng)過非阻隔SPI兼容串行接口通訊。單個微操控器經(jīng)過SPI兼容串行接口操控全部電池組監(jiān)督器，并充當(dāng)?shù)睫I車主CAN總線的網(wǎng)關(guān)。這些再加上CAN收發(fā)器和電流阻隔變壓器就形成了完好的電池監(jiān)督體系。

 

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圖3：具CAN網(wǎng)關(guān)的單個監(jiān)督模塊。

 

4.具CAN網(wǎng)關(guān)的串行模塊（圖4）這種架構(gòu)類似于單個監(jiān)督模塊，除了每個LTC6802都在由12個電池組成的模塊內(nèi)部的電路板上。這8個模塊經(jīng)過LTC6802非阻隔SPI兼容串行接口通訊，這需求在電池模塊對之間銜接3或4個傳導(dǎo)電纜。單個微操控器經(jīng)過底部監(jiān)督器IC操控全部電池組監(jiān)督器，一起兼作到轎車主CAN總線的網(wǎng)關(guān)。這里仍然需求CAN收發(fā)器和電流阻隔變壓器以形成完好的電池監(jiān)督體系。

 

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圖4：具CAN網(wǎng)關(guān)的串行模塊。

 

電池監(jiān)督架構(gòu)挑選因為并行接口需求很多銜接和外部阻隔，第1種和第2種架構(gòu)一般易產(chǎn)生問題。為應(yīng)對復(fù)雜性進步的問題，規(guī)劃工程師需求實現(xiàn)到每個監(jiān)督器器材的獨立通訊。第3種和第4種架構(gòu)都是限制最少的簡化方法。LTC6802可滿意所有這4種裝備的需求，體系規(guī)劃工程師能夠挑選LTC6802的兩個版別，一個用于串行裝備，一個用于并行裝備。

 

LTC6802-1用于疊置式SPI接口裝備。多個LTC6802-1器材能夠經(jīng)過一個接口串行銜接，該接口無需外部電平移位器或阻隔器就可沿著電池組來回發(fā)送數(shù)據(jù)。LTC6802-2允許單個器材用在并行架構(gòu)中。這兩個版別器材具有同樣的電池監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)和功能。

 

電動轎車對電池組有很多需求。轎車制造商希望具經(jīng)濟效益的電池體系，以滿意他們嚴(yán)厲的可靠性要求。凌力爾特公司最新的電池監(jiān)督器IC給體系規(guī)劃工程師在功能不打折扣的狀況下挑選最佳電池組架構(gòu)帶來很大的靈活性。