【導讀】在現代電動汽車 (EV) 和混合動力汽車 (HEV) 中，電池管理係統 (BMS) 是電池包的大腦，負責確保電池的性能、安全性和壽命。BMS 可ke監jian控kong多duo個ge參can數shu，如ru充chong電dian狀zhuang態tai和he健jian康kang狀zhuang態tai，充chong電dian狀zhuang態tai能neng提ti供gong可ke用yong的de剩sheng餘yu能neng量liang，健jian康kang狀zhuang態tai能neng評ping估gu電dian池chi電dian芯xin的de整zheng體ti狀zhuang況kuang和he老lao化hua程cheng度du。這zhe些xie指zhi標biao有you助zhu於yu維wei持chi高gao效xiao能neng源yuan使shi用yong並bing延yan遲chi電dian池chi的de過guo早zao老lao化hua。

在現代電動汽車 (EV) 和混合動力汽車 (HEV) 中，電池管理係統 (BMS) 是電池包的大腦，負責確保電池的性能、安全性和壽命。BMS 可ke監jian控kong多duo個ge參can數shu，如ru充chong電dian狀zhuang態tai和he健jian康kang狀zhuang態tai，充chong電dian狀zhuang態tai能neng提ti供gong可ke用yong的de剩sheng餘yu能neng量liang，健jian康kang狀zhuang態tai能neng評ping估gu電dian池chi電dian芯xin的de整zheng體ti狀zhuang況kuang和he老lao化hua程cheng度du。這zhe些xie指zhi標biao有you助zhu於yu維wei持chi高gao效xiao能neng源yuan使shi用yong並bing延yan遲chi電dian池chi的de過guo早zao老lao化hua。

為wei了le滿man足zu有you關guan電dian池chi效xiao率lv和he環huan境jing可ke持chi續xu性xing的de法fa規gui，汽qi車che製zhi造zao商shang必bi須xu在zai車che輛liang的de整zheng個ge生sheng命ming周zhou期qi內nei保bao持chi非fei常chang良liang好hao的de電dian池chi健jian康kang狀zhuang態tai。例li如ru
，加jia利li福fu尼ni亞ya州zhou空kong氣qi資zi源yuan委wei員yuan會hui (California Air Resources Board) 提出了多項標準
，要求電動汽車在 10 年內（2030 年之前款車型為 150,000 英裏）至少保持 80% 的續航裏程。這是最早將於 2026 年款車型開始實施的較低要求的結果，規定在 2031 年款車型之後繼續嚴格執行法規。類似的標準已經在全球生效，因此需要在 BMS 中zhong使shi用yong更geng先xian進jin的de集ji成cheng解jie決jue方fang案an來lai提ti高gao檢jian測ce精jing度du。在zai本ben文wen中zhong，我wo們men將jiang介jie紹shao與yu分fen立li式shi電dian阻zu鏈lian相xiang比bi，集ji成cheng式shi高gao壓ya電dian阻zu分fen壓ya器qi如ru何he提ti供gong更geng精jing確que且qie更geng節jie省sheng空kong間jian的de電dian壓ya衰shuai減jian方fang法fa
，從cong而er使shi BMS 能夠更好地平衡電池包並延長其壽命。

圖 1 展示了電動汽車內的電池電芯和電池管理係統。

圖 1：≥400V 電動汽車電池通過電阻分壓器進行衰減，以連接 BMS 的其餘部分

應用基礎知識

典型的電動汽車電池電壓為 ≥400V
，行業正在朝著 1kV 或(huo)更(geng)高(gao)電(dian)壓(ya)的(de)趨(qu)勢(shi)發(fa)展(zhan)。更(geng)高(gao)電(dian)壓(ya)的(de)電(dian)池(chi)有(you)助(zhu)於(yu)降(jiang)低(di)最(zui)大(da)電(dian)流(liu)要(yao)求(qiu)並(bing)更(geng)大(da)限(xian)度(du)地(di)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)。測(ce)量(liang)此(ci)電(dian)壓(ya)並(bing)將(jiang)其(qi)傳(chuan)達(da)給(gei)相(xiang)關(guan)車(che)輛(liang)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器(qi) (ADC) 進行信號轉換，該轉換器通常由大約 5V 的電壓供電。ADC 不接受大於該電壓的輸入信號。

為了保護 ADC 和(he)其(qi)他(ta)低(di)壓(ya)元(yuan)件(jian)免(mian)受(shou)相(xiang)對(dui)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)的(de)影(ying)響(xiang)，需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)隔(ge)離(li)式(shi)放(fang)大(da)器(qi)等(deng)器(qi)件(jian)來(lai)維(wei)持(chi)高(gao)壓(ya)域(yu)和(he)低(di)壓(ya)域(yu)之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)離(li)。盡(jin)管(guan)是(shi)兩(liang)個(ge)電(dian)壓(ya)域(yu)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)橋(qiao)，隔(ge)離(li)式(shi)放(fang)大(da)器(qi)隻(zhi)能(neng)接(jie)受(shou)與(yu) ADC leisidedianyafanwei
，congerxuyaozaidaodagelifangdaqizhiqianshuaijiandianchidianya。tongchangshiyongdianzufenyaqishixiancimude，jianggaodianyaxinhaojiangdidaodianyajiaodidemanliangchengfanweinei。

圖 2 是直流總線測量的電路圖，該測量使用長串電阻器，以便將電池電壓衰減到可接受的水平。

圖 2：使用分立式電阻梯測量電池電壓的電路

分立式電阻器鏈的缺點

在處理大於 400V 的(de)電(dian)壓(ya)時(shi)，必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)爬(pa)電(dian)距(ju)離(li)和(he)間(jian)隙(xi)，以(yi)防(fang)止(zhi)出(chu)現(xian)電(dian)弧(hu)並(bing)確(que)保(bao)絕(jue)緣(yuan)安(an)全(quan)。盡(jin)管(guan)傳(chuan)統(tong)的(de)電(dian)阻(zu)分(fen)壓(ya)器(qi)僅(jin)需(xu)要(yao)兩(liang)個(ge)電(dian)阻(zu)器(qi)，但(dan)為(wei)了(le)實(shi)現(xian)爬(pa)電(dian)和(he)間(jian)隙(xi)，高(gao)壓(ya)衰(shuai)減(jian)通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)長(chang)鏈(lian)電(dian)阻(zu)器(qi)來(lai)增(zeng)加(jia)高(gao)壓(ya)和(he)低(di)壓(ya)節(jie)點(dian)之(zhi)間(jian)的(de)物(wu)理(li)距(ju)離(li)。根(gen)據(ju) IEC 60115-8

，每個電阻上的最大持續壓降都受到限製


；通常情況下
，每個 1206 外殼尺寸表麵貼裝電阻為 200V
，每個 0805 外殼尺寸電阻為 150V。

該gai設she計ji方fang法fa確que實shi存cun在zai一yi些xie缺que點dian。即ji使shi使shi用yong精jing密mi電dian阻zu器qi，每mei個ge分fen立li式shi電dian阻zu器qi的de固gu有you容rong差cha變bian化hua也ye可ke能neng會hui使shi分fen壓ya比bi出chu現xian顯xian著zhu差cha異yi
，從cong而er導dao致zhi電dian壓ya測ce量liang不bu準zhun確que。分fen立li式shi電dian阻zu器qi還hai容rong易yi因yin溫wen度du變bian化hua和he老lao化hua而er導dao致zhi電dian阻zu變bian化hua。此ci類lei電dian阻zu器qi兩liang端duan的de焊han接jie點dian也ye會hui暴bao露lu在zai外wai，可ke能neng導dao致zhi額e外wai的de泄xie漏lou和he寄ji生sheng電dian容rong或huo電dian感gan
，除chu非fei采cai用yong保bao形xing塗tu層ceng或huo其qi他ta保bao護hu措cuo施shi
，而er這zhe些xie措cuo施shi會hui增zeng加jia解jie決jue方fang案an成cheng本ben。

在長鏈分立式電阻器中

，這些影響會加劇
，隨著時間的推移進一步降低電壓檢測精度

；導致充電狀態和運行狀況估計錯誤，進而導致電池管理決策欠佳（例如充電和放電周期不正確）；最終會縮短電池壽命和電動汽車續航裏程。

集成的優勢

德州儀器 RES60A-Q1 集成電阻分壓器的寬體 SOIC 封裝經專門設計，能滿足國際電工委員會 61010 標準定義的爬電距離和間隙標準
，可處理高達 1.7kV 的電壓。

該器件在性能和可靠性方麵具有顯著優勢。為初始比率和超時容差指定的最大限值有助於確保分壓比準確，盡管存在老化或環境變化（如溫度變化）的影響。對於注重一致性能的應用而言，可靠性非常重要。

集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)封(feng)裝(zhuang)設(she)計(ji)省(sheng)去(qu)了(le)冗(rong)長(chang)的(de)分(fen)立(li)式(shi)電(dian)阻(zu)鏈(lian)，從(cong)而(er)減(jian)小(xiao)所(suo)需(xu)的(de)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)尺(chi)寸(cun)。這(zhe)種(zhong)整(zheng)合(he)不(bu)僅(jin)簡(jian)化(hua)了(le)電(dian)路(lu)布(bu)局(ju)

，而(er)且(qie)降(jiang)低(di)了(le)組(zu)裝(zhuang)成(cheng)本(ben)。更(geng)少(shao)的(de)暴(bao)露(lu)節(jie)點(dian)可(ke)降(jiang)低(di)漏(lou)電(dian)或(huo)寄(ji)生(sheng)效(xiao)應(ying)產(chan)生(sheng)誤(wu)差(cha)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)，無(wu)需(xu)保(bao)形(xing)塗(tu)層(ceng)，並(bing)且(qie)還(hai)可(ke)能(neng)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。

圖 3 是直流總線測量的電路圖，其中 RES60A-Q1、RES11A-Q1 和 AMC1311B-Q1 提供了一種測量穿過隔離柵的電壓並實現小於 1% 的滿量程範圍誤差的方法。

圖 3：采用 RES60A-Q1
、RES11A-Q1 和 AMC1311B-Q1 的電池電壓測量電路

差分至單端轉換

具有差分輸出的隔離式放大器（例如德州儀器的 AMC1311B-Q1）很(hen)受(shou)歡(huan)迎(ying)，因(yin)為(wei)差(cha)分(fen)輸(shu)出(chu)非(fei)常(chang)適(shi)合(he)承(cheng)載(zai)更(geng)長(chang)距(ju)離(li)的(de)信(xin)號(hao)。出(chu)於(yu)安(an)全(quan)考(kao)慮(lv)
，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)通(tong)常(chang)會(hui)將(jiang)其(qi)低(di)壓(ya)元(yuan)件(jian)放(fang)置(zhi)在(zai)遠(yuan)離(li)高(gao)壓(ya)源(yuan)的(de)位(wei)置(zhi)。要(yao)將(jiang)此(ci)信(xin)號(hao)饋(kui)入(ru)單(dan)端(duan) ADC，需要通過添加集成差分放大器或在放大器周圍配置四個分立式電阻器來進行差分到單端轉換（請參閱圖 3）。

gebiedianzuqiyehuizaifenlishichafenfangdaqishixianzhongyinrubilvpiaoyi
，jutiyuanyinyufenlishidianzufenyaqizaishuaijianqijianyinruwuchadeyuanyinxiangtong。jiangjichengdianzuqi（如 RES11A-Q1）與高精度放大器（如OPA388-Q1）相結合，可產生具有高共模抑製比的差分放大器，這有助於降低噪聲和減少其他誤差。

結語

在設計 BMS 的高電壓衰減電路時

，從分立式電阻鏈過渡到 RES60A-Q1 等解決方案具有諸多優勢。當與 RES11A-Q1 等輔助元件配合使用以進行差分信號轉換時
，這些集成器件有助於使電動汽車長時間維持健康的電池狀態。

其他資源

• 請參閱 RES60A-Q1 數據表。

• 閱讀“使用精密匹配電阻分壓器對優化差分放大器電路中的 CMRR”應用手冊。

• 在 TI.com 上訂購評估模塊 (RES60EVM) 並立即開始使用。

（來源：德州儀器）

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