估計荷電狀態

由于對鋰離子電池的荷電狀態(SOC)測量不是很可靠，工程師只能進行SOC估計，一般采用基于電流或基于電壓的方法進行。

基于電流的方法可以提供最精確的結果。這樣的方法會跟蹤荷電的變化，實質上是計算充電過程中增加到電池的庫侖數或在放電周期中減去的庫侖數，然后判斷相對于滿充狀態電池的SOC。然而，自放電損失或電池本身的低效有可能使“庫侖計數”方法出現錯誤。另外，因為連續監視對許多應用來說不切實際，因此庫侖計數法需要使用采樣方法。在汽車應用中，這種方法必須足夠快，并能自動跟蹤與加速有關的快速放電以及與再生制動有關的快速充電。

基于電壓的方法將電池的瞬態電壓輸出作為進一步計算的基礎來估算SOC，它考慮了電池溫度、老化、電流輸出和放電速率等變化因素。當與單節鋰離子電池在多種工作條件下的精確表征數據一起使用時，電壓法可以提供精確的SOC估計結果。對于像Volt這樣的產品化汽車來說，維護過程需要精確的電池表征，并需要提供特定的工具和程序，使電池管理系統能學習新電池模塊的容量——或在必要時重新學習電池容量。

鋰離子電池的化學物質

鋰離子電池包含多種化學物質，每一種在能量密度、效率、耐用性和標稱電池電壓方面具有不同的特性。LG Chem公司為Volt制造的電池使用了本公司的錳尖晶石陰極鋰離子化學物質以及專有的安全加強型隔離膜——陶瓷涂覆的半透膜。從整個行業看，鋰離子電池被制造成多種形式，包括大家熟悉的圓柱體；移動電話中使用的扁平封裝；硬塑棱形封裝。用于Volt的LG Chem原裝電池使用棱形封裝。

正如UBM TechInsights和Munro & Associates的分析師描述的那樣，整個雪佛蘭Volt電池組由288節棱形鋰離子電池組成，這288節電池又被封裝成96個電池單元組，最終提供分析師測量到的386.6V直流系統電壓。這些電池單元組還要與溫度傳感器和冷卻單元組合在一起形成4個主電池模塊。連接每個電池組的電壓檢測線端接于每個電池模塊頂部的連接器，再由電壓檢測線束將連接器連接到位于每個電池模塊頂部的電池接口模塊。這里有4種顏色編碼的電池接口模塊，它們工作在電池組的不同位置，對應4個模塊組的直流電壓偏移的低壓、中壓和高壓范圍。

來自電池接口模塊的數據向上傳送到電池能量控制模塊。這個控制模塊再將故障條件、狀態和診斷信息傳送給混合傳動控制模塊，后者作為主控制器完成整車級的診斷。在任何時候，整個系統每隔0.1秒都會運行500次以上診斷。其中85%的診斷主要集中于電池組的安全性，剩下的診斷用于電池性能和壽命。

多層電路板

對電池性能的后續分析開始于對電池接口控制模塊的重點拆解(圖3)。這個模塊用了一塊4層PCB板，其中大部分元件安裝在頂層，還有橙色的電池連接器和黑色的數據通信連接器。最上層有一個地平面和一些信號走線，有些走線通過多個過孔連接到下面的層。在第2層中，在PCB的高壓區下方鋪有電源和地平面。第3層包含在這些區域下方通過的信號走線。PCB的另一面即第4層用于地平面和信號走線，并包含少許輔助元件。
 

 
圖3：雪佛蘭Volt中有4塊電池接口控制模塊PCB，每塊PCB整合了多個檢測電路和CAN通信電路，并通過位于通信子系統邊緣的光耦加以隔離。(UBM TechInsights公司提供)

黑色的ATLPB-21-2AK PCB安裝型連接器承載有5V基準、低壓基準、信號地、CAN總線高速串行數據、CAN總線低速串行數據以及高壓故障信號。橙色電池連接器承載了電池模塊溫度信號、低壓基準以及來自電池單元組的電壓檢測線。