电池组管理实现了另一次飞跃

凌力尔特公司信号调理产品部高级产品市场工程师Greg Zimmer

对电动汽车可行性的怀疑已经平息很久了。现在的主要问题是："新型大功率电池技术可渗透多远、多宽和多深?"也许答案并不令人意外，没人真正知道确切的结果。不过，考虑一下电池管理系统 (BMS) 所用电子组件的演变是件很有趣的事，尤其是位于其核心的多节电池监视器组件。考虑这个问题也许有助于了解高压电池包在电池备份系统到外骨架等各种应用中的采用趋势。我们来看一下凌力尔特 LTC68xx 这个产品系列在安全性、准确度、功能和开发工具支持这些方面取得的进步。

2008 年，凌力尔特公司宣布推出首款高性能多节电池监视器 LTC6802。该器件的主要特色包括：能够在 13ms 内以 0.25% 的最大总测量误差测量多达 12 节锂离子电池。这一多节电池监视器的主要功能是，可以多个串联连接，以同步监视很长的高压电池串中的每一节电池 (图 1)。此后，凌力尔特相继推出了 LTC6803、LTC6804 和现在最先进的多节电池监视器 LTC6811。所有这 4 款器件都提供相同的基本功能：测量 12 节串联连接电池中每一节电池的电压。这个产品系列的演变方向一直是不断提高功能安全性、测量准确度和功能集成度。

图 1：简化的多节电池监视器

Primary Function of the Multicell Battery Monitor：多节电池监视器的主要功能

DATA I/O：数据 I/O

VOLTAGE REFERENCE "VREF"：电压基准"VREF"

BATTERY PACK：电池包

DATA PORT：数据端口

CONTROLLER：控制器

State of Charge：充电状态

State of Health：健康状态

System Safety：系统安全

DATA BUS：数据总线

ISOLATION BARRIER：隔离势垒

MEASURE & BALANCE：测量与平衡

12 SERIES Li-ION CELLS：12 节串联连接的锂离子电池

电池监视器组件最显著的进步是功能安全性的提高，正如 ISO 26262 标准所定义的那样。本质上，ISO 26262 系统性地解决了汽车中电子和电气系统运转失灵可能导致潜在危害的问题。尽管 ISO 26262 标准几乎涉及到了产品开发及使用的每一个阶段，但是系统设计师必须专注于解决以下问题：怎样连续确认可能影响安全性的每一个组件是否正确运行。多节电池监视器在完成这个任务时发挥了核心作用，因为电池电压不正确是存在潜在问题的第一个迹象。解决这个问题造成了很大的设计挑战。

解决棘手的模拟电子产品问题的决心深植于凌力尔特公司的 DNA 之中，汽车电子产品问题也不例外。这些多节电池监视器说明了凌力尔特在高可靠性、高稳定性和高测量准确度方面取得的成就，这些监视器预期能够在高压、极端温度、允许热插拔和有电气噪声的环境中工作很多年。ISO 26262 标准又进了一步，除了其他很多要求以外，还要求分析潜在故障及其解决方案。在电子产品中识别和解决潜在故障的一种常见方法是提供自测试功能和冗余。甚至在 ISO 26262 公布之前，凌力尔特公司就认识到了功能安全性的重要性，在 LTC6802 中提供了自测试功能和内部冗余。每新一代的多节电池监视器都增强并细化了这些特性。最新器件 LTC6811 在这方面继续进步，通过改进提高其内部诊断的覆盖范围。这些功能包括额外的冗余测量通路、改善输入信号间的同步、以及提高自测试准确度。结果是更快、更简便和更高效的自测试，可帮助设计师满足 ISO 26262 要求。甚至对于非汽车应用，这些功能和特色也使设计师充满信心，使他们能够无论面对什么样的高可靠性应用，都能够自信地应对。

凌力尔特的器件在电池测量准确度方面实现了逐步改进和创新。追求卓越的准确度始终是主要设计目标，因为潜在测量误差导致电池管理有效性降低，并最终降低电池包容量、可靠性和 /或缩短寿命。凌力尔特显着努力地优化内置的电压基准，因为它是测量误差的主要决定因素。首批凌力尔特多节电池监视器采用了带隙电压基准。这属于常规选择，因为带隙基准尺寸小，功耗和压差都很低。不过，带隙基准的运行表现可能像一个应变计，将印刷电路板组装产生的机械压力、热量变化、湿度以及长期漂移变成了测量误差。为了避免这种限制，凌力尔特率先采用了一种独特方法，给设计增加了一种专用的掩埋式齐纳电压基准。这种基准随温度、时间以及其他工作条件变化情况下提供了卓越的稳定性。结果，今天的 LTC6811 能够以好于 1.2mV 的最差准确度测量每一节电池 (参见图 2)。

图 2：掩埋式齐纳电压基准的卓越温度漂移性能

CELL VOLTAGE：电池电压

5 TYPICAL UNITS：5 个典型单元

MEASUREMENT ERROR：测量误差

TEMPERATURE：温度

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