| 微型混合型汽車(chē)采用傳統的12V鉛酸電池，并有交流發(fā)電機-電機單元，汽車(chē)停車(chē)時(shí)可以讓引擎停機。當踩下油門(mén)時(shí)，引擎會(huì )順滑地起動(dòng)，然后正常運行。而混合型汽車(chē)有更大的電池，如豐田公司的Prius、本田公司的Insight和雪佛蘭的Volt。這些電池產(chǎn)生的電壓超過(guò)200V。傳統電池芯的化學(xué)類(lèi)型是NiMH(鎳金屬-氫化物)，但很多鋰化學(xué)技術(shù)能在某種重量下提供更高的能量(圖2)。全電動(dòng)汽車(chē)(如Tesla的Roadster和尼桑的Leaf)都有最大的電池，它們電池組的電壓范圍從300V?400V。
電池電壓越高，在給定功率下的電流就會(huì )越低，從而減小了昂貴銅線(xiàn)電纜的直徑。更重要的是，較高的電壓可以采用較大輸出的電機繞組。2004年，豐田為Prius增加了一個(gè)升壓轉換器，將電池組電壓從200V升高至500V。這一步驟使豐田重新設計了推進(jìn)電機，將扭矩從350 Nm提高到400 Nm，而功率從33 kW提高到50 kW(參考文獻1)。
數據中心亦將300V電池串用于UPS(不間斷電源)備份電源。在這種應用中，鋰離子電池正在替代鉛酸電池。汽車(chē)利用了鋰離子更好的重量能量密度，即每磅或每千克的能量。UPS應用則利用了鋰離子電池的體積能量密度。數據中心的空間都很昂貴，盡管鋰離子電池系統價(jià)格可能較高，但它占據的空間只有鉛酸電池系統的四分之一。這一事實(shí)通常能讓數據中心將電池和轉換器系統放在一間屋子里。有些數據中心正在考慮去掉轉換器，而將直流電源輸送給可以接受直流輸入的數據中心服務(wù)器。
由于鋰離子電池的尺寸小，它們在電網(wǎng)級應用中可獲得與數據中心相同的效益。有些電網(wǎng)級方案傾向采用燃料電池，而高壓燃料電池組要求與電化學(xué)電池相同的精心監護。燃料電池芯還有特殊要求，在使用期間燃料電池芯有兩種極性，會(huì )表現出多種故障模式。IC制造商正在使自己的電池組監護芯片適應于承受這些電池芯的負電壓。
圖2，電動(dòng)汽車(chē)與UPS應用都可能使用多種電池類(lèi)型，它們都需要用電池組測量IC作監控(Linear Technology公司提供)。
當監護超級電容組時(shí)，也會(huì )出現類(lèi)似的問(wèn)題。用戶(hù)希望獲得電容的全部能量，而這樣就意味著(zhù)要將其放電至0V。如果出現這種情況，則介電效應將使電容出現一個(gè)負電壓，一般可達-0.5V。有些IC制造商正在改進(jìn)自己的電池組芯片，使之能承受負電勢。超級電容存儲的能量少于電池或燃料電池，因此較少用于高能應用(見(jiàn)附文1“電池的化學(xué)特性”)。
電池芯監控
汽車(chē)與UPS制造商都希望精確地監控一個(gè)電池組中的每只電池芯。Analog Devices公司混合與電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Paul Maher說(shuō)：“你肯定不愿因為一只壞電池芯而讓汽車(chē)停下來(lái)，但過(guò)熱情況下就得停車(chē)了�！睂ζ�(chē)電池的監控非常關(guān)鍵。他補充說(shuō)：“一臺筆記本電腦的電池預計可使用兩年，但一個(gè)汽車(chē)電池組應可持續10年�！�
測量必須很精確，因為數毫伏電壓可能代表著(zhù)大量的電荷。測量有一種共模問(wèn)題，它要在有數百伏共模電勢情況下，嘗試對電池芯的精確測量。這種測量不是可以使用集成ADC的直流測量。電池電壓可能以千赫的速率做改變，原因是電機變頻器電路的斬波動(dòng)作。此外，測量系統還需要有隔直措施，因為電池電壓很危險。芯片必須耗電很低，這樣才不會(huì )消耗掉電池能量。除了測量本身的困難以外，還必須將測量結果送至汽車(chē)或數據中心的多個(gè)目標點(diǎn)。
圖3，本電路解決了共模電壓的測量問(wèn)題，方法是通過(guò)一個(gè)小型隔離變壓器，傳送電池芯電壓與二極管壓降。 |
