鋰離子電池：通過集成化方式使部件數(shù)量減至原來的1/3～1/5

　　鋰離子充電電池方面，半導(dǎo)體技術(shù)可對準(zhǔn)確掌握各電池單元的電壓情況，并以較少的部件實(shí)現(xiàn)所需電路作出貢獻(xiàn)。電動汽車及混合動力車等為了獲得電壓，需要串聯(lián)數(shù)個鋰離子充電電池單元。每個鋰離子充電電池單元的自我放電電流各不相同，串聯(lián)后反復(fù)充放電，會導(dǎo)致單元之間的容量差加大（圖6）。還有可能在充電過程中產(chǎn)生過電壓。因此，盡管可監(jiān)控各單元的電壓，但要組成電壓監(jiān)控電路，需要A-D轉(zhuǎn)換IC、參考IC及多路復(fù)用器（Multiplexer）等多種單獨(dú)部件。因而半導(dǎo)體廠商都在努力開發(fā)能夠集成這些部件并以單芯片實(shí)現(xiàn)多個單元電壓監(jiān)控的IC。具有代表性的產(chǎn)品便是美國凌力爾特科技（Linear Technology）的“LTC6802”（圖7）。該產(chǎn)品可支持12個電池單元，部件數(shù)量可減少至原來的1/3～1/5。兩個IC可監(jiān)控24個電池單元，3個IC可監(jiān)控36個單元。

 

圖6：要最大限度地使用電池，必須進(jìn)行電量平衡監(jiān)控 該圖表示進(jìn)行電量平衡監(jiān)控時及不進(jìn)行監(jiān)控時的電池單元充放電狀態(tài)。監(jiān)控電量平衡，并按單元進(jìn)行充電控制時，可在充電時使各個單元達(dá)到接近于充滿電的狀態(tài)。采用電池的設(shè)備驅(qū)動時間也會相應(yīng)變長。該圖參考美國凌力爾特的資料，追加了進(jìn)行電量平衡監(jiān)控時的示意圖。

圖7：監(jiān)控鋰離子電池的各個單元 美國凌力爾特科技的電壓監(jiān)控IC“LTC6802”適用于鋰離子電池各個單元電壓監(jiān)控用途。可支持12個單元組成的電池組。該圖根據(jù)該公司的資料繪制而成。

　　凌力爾特的LTC6802在性能方面的最大特點(diǎn)是，電壓測量精度最大可達(dá)到0.25％^注1）。即使采用單獨(dú)部件組成電壓監(jiān)控電路，達(dá)到這一精度也并非易事。因此，“發(fā)布產(chǎn)品的同時，接到了汽車廠商、電裝產(chǎn)品廠商及電池廠商等發(fā)出的大量垂詢。目前大多數(shù)廠商還在評測，部分廠商已決定在量產(chǎn)品上采用”（凌力爾特科技日本）。該公司稱，集成的12bit ΔΣ型A-D轉(zhuǎn)換電路與電壓參考器的較高特性對達(dá)到這一精度作出了貢獻(xiàn)。

注1）很大程度上也依賴于電池材料，不過因存在0.25％的電壓測量檢測誤差，電池充電率（SOC：state of charge）的檢測精度會降低3％左右，采用LiFePO4時則會降低5％左右。

　　為了提高電壓監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，凌力爾特除了2009年12月發(fā)布了備用電路用輔助IC“LTC6801”之外，還計劃改進(jìn)電壓監(jiān)控IC。打算進(jìn)一步提高精度。如果精度更高，便能最大限度地使用電池，除了有助于實(shí)現(xiàn)單元的小型化之外，還能輕松檢測過電壓，估計還可支持更為快速的充電。