第四代高压电池组监视器使电池电源管理更加先进

概述

如果希望锂离子电池在长时间内可靠工作，就需要非常谨慎地对待它。这类电池不能在其充电状态 (SOC) 的极限上运行。随着时间推移和不断使用，锂离子电池的容量会下降并出现偏离，因此必须管理系统中的每一节电池，以保持所有电池都处于限定的 SOC 范围之内。

为了给车辆提供充足的电力，需要数十或数百节电池。这些电池配置成一长串，提供高达 1000V 甚至更高的电压。电池管理电子电路必须在这种电压非常高的环境中运行，并抑制共模电压效应，同时差异化地测量和控制电池串中的每一节电池。电池管理电子电路必须能够将来自电池组的信息传送到一个中心点，以对其进行处理。

此外，在车辆或其他大功率应用中使用高压电池组以后，会伴随出现一些棘手的情况，例如工作时电气噪声非常大，温度范围非常宽。人们希望电池管理电子电路可最大限度地扩大工作范围、延长寿命、提高安全性和可靠性，同时最大限度降低成本、减小尺寸和重量。

2008 年，凌力尔特宣布推出首款高性能多节电池的电池组监视器 LTC6802。其主要特色包括：以 0.25% 的最大总体测量误差、在 13ms 内测量多达 12 节锂离子电池；很多 LTC6802 IC 可以串联连接，以同时监视很长的高压电池串中的所有电池。多年来，凌力尔特不断改进 LTC6802，提供了很多新的版本。所有这些版本都是为了在混合动力 / 电动型汽车 (HEV)、电动汽车 (EV) 以及针对其他高压、大功率电池组提供精确的电池管理。

最先进的高压电池组监视器

LTC6811 是凌力尔特公司最新的多节电池之电池组监视器，采用了超级稳定的电压基准、高压多路复用器、16 位增量累加 ADC 和 1Mbps 隔离式串行接口。LTC6811 以好于 0.04% 的准确度测量多达 12 节串联连接电池的电压。凭借 8 个可编程 3 阶低通滤波器，LTC6811 可非常出色地降低噪声。在最快速 ADC 模式，可在  290µs 内完成全部电池的测量。

通过凌力尔特公司专有的两线 isoSPI 接口，多个 LTC6811 可以互连并同时工作。每个 LTC6811 都集成了 isoSPI 接口，以直至 1Mbps 都能提供很高的抗 RF 噪声性能，并在仅用双绞线的情况，允许使用长达 100 米的电缆。LTC6811 提供两种通信选择：使用 LTC6811-1 时，以菊花链方式连接多个器件，所有器件都连至一个主处理器；使用 LTC6811-2 时，多个器件并联连接至主处理器，每个器件是单独寻址的。

LTC6811 为在 -40°C 至 125°C 温度范围内工作做了全面规定。该器件是面向 ISO 26262 (ASIL) 兼容系统设计的，通过其冗余电压基准、逻辑测试电路、交叉通道测试、开路检测功能、看门狗定时器和串行接口数据包差错检验，提供了非常大的容错范围。就采用凌力尔特 LTC6804 的现有设计而言，LTC6811 是一款引脚兼容型替代产品，且具备额外的滤波器截止频率、额外的被动和主动平衡控制功能、新的 ADC 命令以及额外的容错范围以保证功能安全性。

图 1 : 多节电池的电池组监视器

ISO 26262 和功能安全性

LTC6811 可用来实现具备以下特点的系统：具备高可靠性、高稳定性和高测量准确度，将在高压、极端温度、热插拔和具电气噪声的环境中运行很多年。LTC6811 还支持 ISO 26262 标准所定义的汽车的功能安全性。ISO 26262 系统化地应对了汽车中的电子和电气系统故障引起的潜在危险。这就要求系统必须不断确认关键电子电路处于正常运行状态，例如电池电压测量电子电路。为了做到这一点，LTC6811 提供广泛的内部诊断功能，以验证这类电子电路是否正常运行：

• 电池和监视器之间的开路检测
• 辅助电压基准以确认主基准准确度在 ±5mV 之内
• 对 12 节电池组成的电池组进行电压测量，确认电池测量准确度在 ±0.25% 之内
• 双通道测量以确认多路复用器和 ADC 准确度在 0.01% 之内
• 同时进行双滤波器测量以确认滤波器正常工作
• 内部电源电压测量
• 存储器自测试
• 利用通用 I/O，通过传感器和外部器件进行冗余监视

准确度

为了实现卓越的准确度，LTC6811 采用了一个专用掩埋式齐纳电压基准。掩埋式齐纳电压基准随时间和工作条件变化，提供出色的长期稳定性和准确度。结果是，LTC6811 能够以不到 1.2mV 的误差测量所有电池。

图 2：掩埋式齐纳电压基准的出色温度漂移性能

此外，即使在有噪声情况下，LTC6811 也可通过滤除电池电压上的噪声，确保出色的测量准确度。这是通过使用增量累加 ADC 转换器实现的。使用增量累加转换器时，在转换期间会对输入多次采样，然后进行数