假如希望鋰離子電池在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可靠工作，就要非常謹(jǐn)慎地對(duì)待它。這類電池不能在其充電狀態(tài)(SOC)的極限上運(yùn)行。隨著時(shí)間推移和不斷使用，鋰離子電池的容量會(huì)下降并出現(xiàn)偏離，因此必須管理系統(tǒng)中的每一節(jié)電池，以保持所有電池都處于限定的SOC范圍之內(nèi)。

為了給車輛供應(yīng)充足的電力，要數(shù)十或數(shù)百節(jié)電池。這些電池配置成一長(zhǎng)串，供應(yīng)高達(dá)1000V甚至更高的電壓。電池管理電子電路必須在這種電壓非常高的環(huán)境中運(yùn)行，并抑制共模電壓效應(yīng)，同時(shí)差異化地測(cè)量和控制電池串中的每一節(jié)電池。電池管理電子電路必須能夠?qū)?lái)自電池組的信息傳送到一個(gè)中心點(diǎn)，以對(duì)其進(jìn)行處理。

此外，在車輛或其他大功率應(yīng)用中使用高壓電池組以后，會(huì)伴隨出現(xiàn)一些棘手的情況，例如工作時(shí)電氣噪聲非常大，溫度范圍非常寬。人們希望電池管理電子電路可最大限度地?cái)U(kuò)大工作范圍、延長(zhǎng)壽命、提高安全性和可靠性，同時(shí)最大限度降低成本、減小尺寸和重量。

2008年，凌力爾特宣布推出首款高性能多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器LTC6802。其重要特色包括：以0.25%的最大總體測(cè)量誤差、在13ms內(nèi)測(cè)量多達(dá)12節(jié)鋰離子電池;很多LTC6802IC可以串聯(lián)連接，以同時(shí)監(jiān)視很長(zhǎng)的高壓電池串中的所有電池。多年來(lái)，凌力爾特不斷改進(jìn)LTC6802，供應(yīng)了很多新的版本。所有這些版本都是為了在混合動(dòng)力/電動(dòng)型汽車(HEV)、電動(dòng)汽車(EV)以及針對(duì)其他高壓、大功率電池組供應(yīng)精確的電池管理。

最先進(jìn)的高壓電池組監(jiān)視器

LTC6811是凌力爾特公司最新的多節(jié)電池之電池組監(jiān)視器，采用了超級(jí)穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)、高壓多路復(fù)用器、16位增量累加ADC和1Mbps隔離式串行接口。LTC6811以好于0.04%的準(zhǔn)確度測(cè)量多達(dá)12節(jié)串聯(lián)連接電池的電壓。憑借8個(gè)可編程3階低通濾波器，LTC6811可非常出色地降低噪聲。在最快速ADC模式，可在290μs內(nèi)完成全部電池的測(cè)量。

通過(guò)凌力爾特公司專有的兩線isoSpI接口，多個(gè)LTC6811可以互連并同時(shí)工作。每個(gè)LTC6811都集成了isoSpI接口，以直至1Mbps都能供應(yīng)很高的抗RF噪聲性能，并在僅用雙絞線的情況，允許使用長(zhǎng)達(dá)100米的電纜。LTC6811供應(yīng)兩種通信選擇：使用LTC6811-1時(shí)，以菊花鏈方式連接多個(gè)器件，所有器件都連至一個(gè)主處理器;使用LTC6811-2時(shí)，多個(gè)器件并聯(lián)連接至主處理器，每個(gè)器件是單獨(dú)尋址的。

LTC6811為在-40°C至125°C溫度范圍內(nèi)工作做了全面規(guī)定。該器件是面向ISO26262(ASIL)兼容系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，通過(guò)其冗余電壓基準(zhǔn)、邏輯測(cè)試電路、交叉通道測(cè)試、開路檢測(cè)功能、看門狗按時(shí)器和串行接口數(shù)據(jù)包差錯(cuò)檢驗(yàn)，供應(yīng)了非常大的容錯(cuò)范圍。就采用凌力爾特LTC6804的現(xiàn)有設(shè)計(jì)而言，LTC6811是一款引腳兼容型替代產(chǎn)品，且具備額外的濾波器截止頻率、額外的被動(dòng)和主動(dòng)平衡控制功能、新的ADC命令以及額外的容錯(cuò)范圍以保證功能安全性。

圖1：多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器

ISO26262和功能安全性

LTC6811可用來(lái)實(shí)現(xiàn)具備以下特點(diǎn)的系統(tǒng)：具備高可靠性、高穩(wěn)定性和高測(cè)量準(zhǔn)確度，將在高壓、極端溫度、熱插拔和具電氣噪聲的環(huán)境中運(yùn)行很多年。LTC6811還支持ISO26262標(biāo)準(zhǔn)所含義的汽車的功能安全性。ISO26262系統(tǒng)化地應(yīng)對(duì)了汽車中的電子和電氣系統(tǒng)故障引起的潛在危險(xiǎn)。這就要求系統(tǒng)必須不斷確認(rèn)關(guān)鍵電子電路處于正常運(yùn)行狀態(tài)，例如電池電壓測(cè)量電子電路。為了做到這一點(diǎn)，LTC6811供應(yīng)廣泛的內(nèi)部診斷功能，以驗(yàn)證這類電子電路是否正常運(yùn)行：

電池和監(jiān)視器之間的開路檢測(cè)

輔助電壓基準(zhǔn)以確認(rèn)主基準(zhǔn)準(zhǔn)確度在5mV之內(nèi)

對(duì)12節(jié)電池組成的電池組進(jìn)行電壓測(cè)量，確認(rèn)電池測(cè)量準(zhǔn)確度在0.25%之內(nèi)

雙通道測(cè)量以確認(rèn)多路復(fù)用器和ADC準(zhǔn)確度在0.01%之內(nèi)

同時(shí)進(jìn)行雙濾波器測(cè)量以確認(rèn)濾波器正常工作

內(nèi)部電源電壓測(cè)量

存儲(chǔ)器自測(cè)試

利用通用I/O，通過(guò)傳感器和外部器件進(jìn)行冗余監(jiān)視

準(zhǔn)確度

為了實(shí)現(xiàn)卓越的準(zhǔn)確度，LTC6811采用了一個(gè)專用掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)。掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)隨時(shí)間和工作條件變化，供應(yīng)出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。結(jié)果是，LTC6811能夠以不到1.2mV的誤差測(cè)量所有電池。

圖2：掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)的出色溫度漂移性能

此外，即使在有噪聲情況下，LTC6811也可通過(guò)濾除電池電壓上的噪聲，確保出色的測(cè)量準(zhǔn)確度。這是通過(guò)使用增量累加ADC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。使用增量累加轉(zhuǎn)換器時(shí)，在轉(zhuǎn)換期間會(huì)對(duì)輸入多次采樣，然后進(jìn)行數(shù)字濾波。結(jié)果是，內(nèi)置低通濾波消除了作為測(cè)量誤差源的噪聲，這時(shí)截止頻率是按照采樣率建立的。LTC6811采用快速3階增量累加ADC，該ADC具可編程采樣率，供應(yīng)8個(gè)可選截止頻率。結(jié)果是，出色地降低了噪聲，還得到了8種可編程測(cè)量速率，從而允許在短短290μs時(shí)間內(nèi)完成對(duì)12節(jié)電池的測(cè)量。

圖3：LTC6811增量累加轉(zhuǎn)換器

更多功能

LTC6811被設(shè)計(jì)以在電池系統(tǒng)中最關(guān)鍵的位置上工作，直接連接到電池。這個(gè)位置處于BMS微處理器和外部設(shè)備之間，因此LTC6811可以監(jiān)視電池傳感器，獲得電池電流或溫度等數(shù)值，并顯示這些值與電池測(cè)量值之間的密切相關(guān)性。LTC6811在這個(gè)位置上有幾種發(fā)揮用途的方式。

LTC6811供應(yīng)非常靈活的通用I/O，可作為數(shù)字輸入、數(shù)字輸出或模擬輸入工作。當(dāng)作為模擬輸入工作時(shí)，LTC6811可測(cè)量從V-至5V的任何電壓，測(cè)量準(zhǔn)確度與測(cè)量電池時(shí)相同。此外，LTC6811允許電池測(cè)量與這些外部信號(hào)同步，或與包含12節(jié)電池的電池組電壓同步。LTC6811還具備一種內(nèi)置功能，即通過(guò)數(shù)字I/O控制I2C或SpI從屬器件。這使LTC6811能夠控制更加復(fù)雜的功能，例如控制多路復(fù)用器以新增模擬輸入，或控制EEpROM以存儲(chǔ)校準(zhǔn)信息。

LTC6811有內(nèi)部被動(dòng)平衡FET，可給單獨(dú)的電池放電，或直接控制更大的大功率外部FET。LTC6811可配置為在低功率狀態(tài)給電池放電，例如當(dāng)電池包處于靜態(tài)時(shí)。此外，每節(jié)電池的放電輸出都可以在獨(dú)立的時(shí)間段內(nèi)接通。這就使得當(dāng)電池監(jiān)視器未激活時(shí)，電池能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持平衡。這些平衡引腳還可以作為串行接口使用，以控制凌力爾特的LT8584主動(dòng)平衡電路。LT8584是一款單片反激式DC/DC轉(zhuǎn)換器，在失配電池組成的電池組中，可用來(lái)恢復(fù)多于99%的容量。通過(guò)LTC6811SpI主控功能，LTC6811可以連至凌力爾特基于SpI的主動(dòng)平衡ICLTC3330。LTC3300是一款故障保護(hù)控制器IC，用于實(shí)現(xiàn)雙向主動(dòng)平衡，可向12節(jié)或更多相連電池高效傳送電荷，或?qū)⑦@些電池的電荷傳送出去。

圖4：具主動(dòng)平衡的電池組監(jiān)視器

LINDUINOONE

為方便集成LTC6811的功能并縮短開發(fā)時(shí)間，凌力爾特新的Linduino?One為L(zhǎng)TC6811供應(yīng)了全面支持。LinduinoOne是一款A(yù)rduinoUno兼容的微控制器電路板，與USB完全隔離，直接連至LTC6811演示電路板。這個(gè)平臺(tái)具備內(nèi)置引導(dǎo)程序，可快速在線更新固件，是一款簡(jiǎn)便、穩(wěn)定的硬件開發(fā)平臺(tái)。因?yàn)锳rduino是一款開源平臺(tái)，BMS設(shè)計(jì)師可非常容易地訪問(wèn)簡(jiǎn)便和強(qiáng)大的Arduino集成式開發(fā)環(huán)境(IDE)。名為bmsSketchbook的代碼庫(kù)供應(yīng)LTC6811示例代碼，用來(lái)在任何標(biāo)準(zhǔn)C編譯器中進(jìn)行編譯。例如，bmsSketchbook包括很多例程，包括讀寫配置值、讀寫電池電壓、運(yùn)行自測(cè)試、運(yùn)行冗余測(cè)試、以及控制被動(dòng)平衡。

圖5：LinduinoOne是一款A(yù)rduinoUno兼容的微控制器電路板，與USB完全隔離并直接連至LTC6811

總結(jié)

凌力爾特的LTC6811是第四代高性能多節(jié)電池監(jiān)視器。LTC6811與其前一代LTC6804是引腳兼容和軟件兼容的。與LTC6804相比，LTC6811成本更低，供應(yīng)額外的濾波器截止頻率、額外的被動(dòng)和主動(dòng)平衡控制功能、新的ADC命令以及額外的容錯(cuò)范圍以保證功能安全性。LTC6811還得到了凌力爾特LinduinoOne的全面支持，以方便評(píng)估和開發(fā)工作。