电池组管理实现了另一次飞跃

每一节电池上的电压噪声，凌力尔特的器件还确保卓越的测量准确度，甚至在有噪声存在的情况下也不例外。这是通过使用增量累加模数转换器而不是常采用在其他方法中的快速 SAR 转换器来实现。这表明，尽管在测量数百节独立电池时 SAR 转换器具有明显的速度优势，但凌力尔特再次选择打破常规。之所以做出这种选择，是因为汽车环境充满了来自马达、螺线管、电源逆变器等的噪声和瞬态干扰。所有这些噪声都影响测量准确度。使用增量累加转换器时，在转换期间对输入多次采样，然后再求取平均值。这是经过低通滤波消除作为测量误差源的噪声后得出最终结果，截止频率是由采样率决定的。例如，LTC6802 采用 2 阶增量累加转换器，以每秒 1k 采样的固定采样率工作。结果是对 10kHz 开关噪声有 36dB 的抑制 (参见图 3)。不过，缺点是，用 LTC6802 测量 12 节电池需要 13ms 时间，这对某些应用而言太慢了[1]。然而，对于在有噪声的真实世界中实现准确的电池测量而言，采用增量累加转换器仍然是最实用的方法。由于这个原因，凌力尔特一直在持续改进其增量累加方法。今天，LTC6811 采用了速度快得多的 3 阶增量累加 ADC，提供可编程采样率和 8 个可选截止频率。结果是得到出色的噪声衰减和 8 种可编程测量速率 (图 4)，从而能够以 290µs 时间测量所有 12 节电池。

图 3：LTC6802 增量累加转换器与带 RC 电路的 SAR 转换器对比

FILTER GAIN：滤波器增益

FIR FILTER：FIR 滤波器

160Hz RC FILTER：160Hz RC 滤波器

FREQUENCY：频率

图 4：LTC6811 增量累加转换器

FILTER GAIN：滤波器增益

FREQUENCY：频率

最后，有趣值得一提的是，多节电池监视器的功能是如何扩展的。正如之前提到的那样，多节电池监视器的主要任务是准确地测量电池电压，并将所测得的电压值传送给主处理器。此外，多节电池监视器最好不包括内部软件，因为内部软件可能与系统级电池管理存在冲突。从所有电池收集数据并决定充电状态或健康状态的任务应该由主 BMS 处理器完成。不过，多节电池监视器位于电池系统中最关键的位置，直接连接至电池。这里是监视其他电池传感器的理想位置，例如电流或温度传感器，也是把这些传感器测量值与电池测量值紧密联系起来的理想位置。由于这个原因，所以多节电池监视器可以作为 BMS 微处理器和外部器件之间的连接中心。

例如，LTC6811 提供非常灵活的通用 I/O，可作为数字输入、数字输出、或作为模拟输入工作。当作为模拟输入工作时，LTC6811 能够以与电池测量相同的测量准确度，测量从 V- 至 5V 的任何电压。然后，LTC6811 可将这些外部信号或包含 12 节电池的整个电池组之电压同步到电池电压测量值中。另外，通用 I/O 还可以以数字模式使用，以控制 I2C 或 SPI 从属器件。这使 LTC6811 能够控制更复杂的功能，例如控制多路复用器以增加模拟输入或 EEPROM 以存储校准信息。

LTC6811 提供先进的电池容量平衡功能。利用 SPI 主控功能，LTC6811 可控制凌力尔特的 SPI 有源平衡 IC LTC3300。LTC6811 包含内部被动平衡 FET，可使个别电池放电，或直接地控制较大的外部大功率 FET。LTC6811 能够配置每节电池的放电引脚，以使每节电池以独立的周期工作。这使得在多节电池监视器未运行时，能够在很长的周期中单独地平衡每一节电池的容量。最后，每个被动平衡引脚都可以用作串行接口。在连接凌力尔特的 LT8584 单片有源电池容量平衡器时尤其有用，在这种情况下，可以控制有源平衡，而且可以监视每一节独立电池的电流和温度。

为了集成所有这些功能并缩短开发时间，凌力尔特的 Linduino™ One (参见图 5) 对 LTC6811 提供了全面支持。Linduino One 是一款 Arduino Uno 兼容微控制器电路板，提供了全面的 USB 隔离，并直接连至 LTC6811 演示电路板。这个平台有内置自引导程序，可快速实现在电路的固件更新，是一款简便、稳定的硬件开发平台。既然 Arduino 是开源平台，那么 BMS 设计师就可以非常容易地使用简便和强大的 Arduino 集成开发环境 (IDE)。称为 bmsSketchbook 的代码库为 LTC6811 提供了代码示例，该示例可在任何标准 C 语言编译器中编译。例如，bmsSketchbook 包括读写配置例程，可读写电池电压，运行自测试、冗余测试功能，并控制被动平衡功能。

图 5：Linduino 开发系统

结论

自 2008 年，凌力尔特已经推出了 4 代多节电池监视器。这些器件的安全特色、准确度和功能在过去这些年中已经发生了很大变化，这说明这些 IC 在高性能电池管理