直線竄升的能源價格以及對二氧化碳排放問題的日益擔(dān)憂導(dǎo)致人們對電動汽車(EV)和混合動力電動汽車(HEV)給予了高度的關(guān)注。為了造就高效型EV和HEV，新型鋰電池設(shè)計將是關(guān)鍵性的技術(shù)。

為了從鋰電池獲取盡可能多的能量和盡可能長的使用壽命，需要采用一些精細(xì)復(fù)雜的電子元器件。例如：測量由100個串接電池組成的電池組中每個3.7V電池兩端電壓的能力便是要求之一。如何應(yīng)付370V的共模電壓并抑制100V的共模開關(guān)瞬態(tài)電壓?面向電動汽車(EV)、混合動力電動汽車(HEV)和不間斷電源(UPS)應(yīng)用的電池管理系統(tǒng)設(shè)計必需解決許多此類問題。

電池是如何使汽車成為“綠色產(chǎn)品”的?而對于鋰電池為什么存在如此大的異議?首先，根據(jù)CaliforniaCarsInitiative(www.calcars.org)提供的數(shù)據(jù)，汽車的電力運(yùn)行成本相當(dāng)于支付每加侖汽油75美分的油價。因此，純電動汽車具有很低的日常運(yùn)作成本。其次，如果駕駛里程超過100英里，那么仍然需要采用一部汽油發(fā)動機(jī)，而電池則可使汽油所行駛的里程得以延長。請考慮一下，汽車的能量貯存能力是其行駛距離的限制因素。當(dāng)采用一個大型鋰電池組時，您可以在一個8小時的充電周期之后行駛100英里。每公斤汽油的貯能是鋰離子電池的80倍，而且只需幾分鐘時間便可將一輛汽車的油箱加滿。然后，帶上足夠的咖啡，您就能夠一直開下去。然而，內(nèi)燃機(jī)的峰值效率僅為30%，而且在每分鐘高轉(zhuǎn)速條件下的平均效率約為12%。采用電池來提供轉(zhuǎn)矩(在加速期間)并恢復(fù)能量(在剎車過程中)意味著燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的運(yùn)行頻度較低，而且效率較高，從而實際上使每加侖汽油所行駛的里程實現(xiàn)翻番。

給汽車添加電池的第三個原因是為了減少尾氣排放。耗用一加侖汽油將產(chǎn)生9kg的二氧化碳。清潔能源(比如：風(fēng)能)可轉(zhuǎn)換為電能，且不會產(chǎn)生二氧化碳排放物。因此，電池對于改善里程成本和減低每英里二氧化碳排放量起著舉足輕重的作用。電池的能量存儲密度越高，則其效能就越高。當(dāng)今的2009年度車型采用的是鎳氫電池。換成鋰離子電池將使能量存儲密度提高150%。而到2012年，屆時大多數(shù)混合動力轎車和貨車都將采用鋰電池技術(shù)。

汽車如何采用鋰電池

當(dāng)考慮在汽車中使用鋰電池時，應(yīng)該研究分析串聯(lián)式混合動力汽車、并聯(lián)式混合動力汽車、純電動汽車和其他汽車類型的功率鏈路方框圖。幸運(yùn)的是，鋰電池組對于所有的汽車而言大致相同。構(gòu)件是一個由100至200個2.5V~3.9V、4Ahr~40Ahr串接電池構(gòu)成的電池組。這種直流電源可驅(qū)動一部30kW~70kW電動機(jī)。電池組的總電壓很高，所以對于一個給定的功率級，平均電流很低。較低的電流所需的電纜較細(xì)，重量較輕，成本較低。在峰值條件下，該電池組應(yīng)提供200A電流，并可迅速地完成再充電。換句話說，電池必需具備優(yōu)良的功率密度和上佳的能量密度。大型系統(tǒng)(例如：公共汽車和牽引拖車)采用多達(dá)4個640V并聯(lián)電池組。

鋰電池組的設(shè)計問題是平衡性能、經(jīng)濟(jì)性和安全性。兩個關(guān)鍵的變量是電池組電池設(shè)計和電池管理電子線路。比如：您希望制作一部每充電一次便可行駛100英里的EV，而采用的是一個使用壽命達(dá)10年的電池組(在此期間無須購買或租用新的電池組)。為了滿足10年(3650次充電)的電池壽命目標(biāo)，只能使用電池容量的一部分(比如：40%)。為了最大限度地降低汽車成本，您希望采用最輕的電池，而電池是電池組中最昂貴的部件。為了實現(xiàn)性能的最大化，電池必須處理200A的峰值充電和放電電流。最重要的是，發(fā)生快速氧化事件(即：著火)的幾率必須低于汽油動力車。

傳統(tǒng)的鋰鈷電池(比如筆記本電腦中所采用的那些電池)雖然具有很高的能量密度，但當(dāng)隔離材料失效時往往容易發(fā)生熱失控現(xiàn)象。制造商們將新型鋰電池基于磷酸鐵鋰電池、鋰錳電池和鈦酸鋰電池，即使在其封裝被刺穿的情況下它們也能保持穩(wěn)定的熱性能。它們的棱柱形狀結(jié)構(gòu)具有低ESR(等效串聯(lián)電阻)以支持高電流。它們的儲能比筆記本電腦的鋰鈷電池少，但仍然優(yōu)于鎳氫電池，而且，如果能夠仔細(xì)地監(jiān)視其充電和放電水平，則其使用壽命可達(dá)10~15年。

電池的“電荷狀態(tài)”(StateofCharge)

如今，電池監(jiān)視系統(tǒng)開始發(fā)揮作用了，原因是它們能夠監(jiān)視電池的電荷狀態(tài)，而這反過來又決定了電池的成本和性能。如果您了解了電池的電荷狀態(tài)，就能夠從每個電池獲得更多的可用容量、使用較少的電池、并最大限度地延長這些電池的使用壽命。在筆記本電腦中，可通過監(jiān)視電池電壓并計算流入和流出電池組(含有4至8個電池)的電荷量來完成此項任務(wù)。電壓、電流、電荷、溫度和某些數(shù)學(xué)算式能夠很好地指示電池的電荷狀態(tài)。不幸的是，由于電池驅(qū)動的是一部電動機(jī)，而不是一塊母板，所以無法在汽車中計算電荷量。電流尖峰為200A，而在這些尖峰之后是低電平空轉(zhuǎn)。

您還擁有96~200個串接電池，分成10或12個組。這些電池的老化速度不一，來自多個批次，而且溫度不同。這些因素意味著它們具有不同的容量，而電荷量相同的電池有可能具有不同的電荷水平。為此，汽車內(nèi)的電池監(jiān)視系統(tǒng)重點關(guān)注電池電壓。必須準(zhǔn)確地測量每節(jié)電池的電壓，然后采用電流和溫度測量來調(diào)整讀數(shù)(針對ESR和容量變化)。保存每個電池電荷水平的運(yùn)行估計值。如果某些電池過充電，而其他的電池欠充電，則必須通過放電(即被動地平衡電荷)來調(diào)節(jié)每個電池中的電荷水平；另一種方法則是重新分配電荷(即主動地平衡電荷)。當(dāng)電池達(dá)到最低電荷狀態(tài)時，您就會發(fā)覺沒電了。

您必需弄清楚如何準(zhǔn)確地測量電壓。以在-20ºC至+85ºC的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)優(yōu)于1%的電荷狀態(tài)測量準(zhǔn)確度作為起始目標(biāo)。圖1示出了普通鋰離子電池的典型電荷與電壓特性的關(guān)系曲線。不過，需要牢記的是：這些數(shù)據(jù)會因電池制造商和化學(xué)組成的不同而存在相當(dāng)大的差異。在30%~70%的電荷狀態(tài)范圍內(nèi)，電池電壓的變化幅度約為200mV(即：每個百分點變化5mV)。0V至5V的測量范圍要求0.1%的總測量準(zhǔn)確度。將該數(shù)字變換為數(shù)據(jù)采集規(guī)格需要一個具1LSB(最低有效位)或0.02%INL(積分非線性)的12位ADC和一個具0.05%初始準(zhǔn)確度和5ppm/ºC漂移(即：對于40ºC的溫度變化為0.02%)的電壓基準(zhǔn)。

　　圖1：典型5A-hr鋰離子電池在不同放電速率條件下電荷與電壓特性的關(guān)系曲線(a)。同一個電池在不同溫度條件下(在5A放電期間)的電荷與電壓特性的關(guān)系曲線(b)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還必須抑制開關(guān)噪聲和高共模電壓。圖2示出了電池組輸出的仿真結(jié)果(當(dāng)存在來自一個為電動機(jī)供電的10kHz負(fù)輸出轉(zhuǎn)換器的尖峰時)。把瞬變均等地散布于100個電池之上意味著頂端的電池具有一個370V的共模電壓、100V的共模瞬態(tài)電壓、1V的差分瞬態(tài)電壓和一個3.7VDC值。必需以5mV的準(zhǔn)確度來測量該3.7VDC值。

圖2：該仿真結(jié)果示出了當(dāng)存在來自一個為電動機(jī)供電的10kHz負(fù)輸出轉(zhuǎn)換器的尖峰時的電池組輸出。

大多數(shù)電池監(jiān)視系統(tǒng)均采用模組化構(gòu)造的市售部件的組合。圖3示出了監(jiān)視一個內(nèi)含36個電池(分為3組，每組12個電池)的電池組之方法。含有12個電池的模組負(fù)責(zé)提供至模擬電子線路的一個局部電源和地。通過把電池組分成幾個小組，模擬電路將“承受”一個較小的共模電壓。圖4示出了分立型模擬電子線路實例。LT1991差分放大器可抑制共模電壓，并對每個電池兩端的差分電壓進(jìn)行緩沖。差分放大器的輸出是參考于LT1461的電池電壓。這12個信號被連接至一個16通道、24位ΔΣADCLTC2449的輸入多工器。LT1461-2.5負(fù)責(zé)提供2.5V電壓基準(zhǔn)。MOSFET開關(guān)用于防止在ADC處于睡眠模式時從電池吸收電流。差分放大器的75dBCMRR(共模抑制比)、0.04%的差分放大器增益誤差和0.04%的基準(zhǔn)電壓誤差組合起來，產(chǎn)生了一個0.3%的最壞情況誤差。ADC誤差可忽略不計。在室溫條件下進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)可消除約90%的誤差。

　　圖3：您能夠監(jiān)視一個內(nèi)含36個電池的典型電池組(分3組，各含12個電池)。含有12個電池的模組負(fù)責(zé)提供至模擬電子線路的一個局部電源和地。通過把電池組分成幾個小組，模擬電路將承受小得多的共模電壓。

　　圖4：在用于分立模擬電子元件的簡化電壓測量電路中，電池電壓信號被連接至一個16通道、24位ΔΣADCLTC2449的輸入多工器。ADC誤差可忽略不計，而且，在室溫條件下進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)可消除約90%的誤差。

圖4示出的只是一個簡化的電壓測量電路。完整的電池監(jiān)視系統(tǒng)還需要電池平衡、數(shù)據(jù)通信和自測試功能，這將使原理圖大為復(fù)雜。高元件數(shù)目使采用市售元件的做法既昂貴又不可靠。圖5示出了一款相似的模組化電池測量設(shè)計方案，它利用一個IC實現(xiàn)了大多數(shù)功能的集成。輸入多工器能夠承受60V的共模電壓。采用開關(guān)電容器采樣方法可消除大多數(shù)分立型設(shè)計所面對的CMRR限制。ΔΣADC從本質(zhì)上說是理想的，誤差預(yù)算中的唯一事項就是基準(zhǔn)電壓。在未進(jìn)行校準(zhǔn)的情況下，LTC6802實現(xiàn)了0.12%(在室溫條件下)和0.22%(在-40ºC至+85ºC的溫度范圍內(nèi))的準(zhǔn)確度。室溫誤差的最初出廠校準(zhǔn)可將總誤差減小至0.1%(在整個溫度范圍內(nèi))。如欲獲得更高的準(zhǔn)確度，可以增添一個低漂移外部基準(zhǔn)(圖6)。定期測量LT1461的輸出并使用該信息來調(diào)節(jié)電池測量，再加上初始校準(zhǔn)，能夠?qū)⒄`差減小至0.03%，這是ADC在-20ºC至70ºC范圍內(nèi)的噪聲層。

圖5：在一種簡化的電池測量設(shè)計方案中，由一個IC集成了大部分功能

　　圖6：如欲獲得更高的準(zhǔn)確度，可以增添一個低漂移外部基準(zhǔn)。定期測量LT1461的輸出并使用該信息來調(diào)節(jié)電池測量，再加上初始校準(zhǔn)，能夠?qū)⒄`差減小至0.03%，這是ADC在-20ºC至70ºC范圍內(nèi)的噪聲層。

在迄今為止介紹的方法中，由ΔΣADC來執(zhí)行測量。SAR(逐次逼近寄存器)型轉(zhuǎn)換器在12位系統(tǒng)中提供了一個較快的采樣速率，而在一個具100個通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，這似乎是必不可少的。然而，汽車內(nèi)嚴(yán)酷的噪聲環(huán)境要求進(jìn)行大量的濾波處理。因此，濾波處理決定了有效吞吐量，而不是采樣速率。對于一個給定的10kHz抑制量，一個1kspsΔΣADC等效于一個1MspsSARADC(圖7)。LTC6802多工器和1kspsADC在10ms的時間里完成10個輸入通道的排序。該ADC的內(nèi)置線性相位數(shù)字濾波器對10kHz開關(guān)噪聲提供了36dB的抑制。具一個單極點輸入濾波器的1MspsSAR轉(zhuǎn)換器需要一個160Hz的RC轉(zhuǎn)折頻率，旨在獲取相同的10kHz噪聲抑制。RC濾波器的12位穩(wěn)定時間為8.4ms。SAR能夠在10μs的時間里完成10個通道的排序，但是，由于濾波器響應(yīng)的原因，每8.4ms進(jìn)行一次以上的掃描是徒勞無益的。

圖7：對于一個給定的10kHz抑制量，一個1kspsΔΣADC(a)等效于一個1MspsSARADC(b)。濾波處理決定了ADC的有效吞吐量，而不是采樣速率(c)。

ΔΣADC和SARADC測量吞吐量是相等的，但存在著某些差異。ΔΣADC具有較大的噪聲抑制量和出眾的準(zhǔn)確度。而且，雖然兩種系統(tǒng)擁有相同的10kHz抑制量，但這種濾波器對較高次諧波的抑制量明顯大于簡單的RC濾波器。基于ΔΣADC的系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確度，這是因為輸入多工器的工作速度比SAR低1000倍，從而消除了串?dāng)_、共模抑制和穩(wěn)定時間誤差。SAR僅有的優(yōu)勢是10個測量幾乎是同時進(jìn)行的，而ΔΣ測量則是順序進(jìn)行的，因而在軟件中產(chǎn)生了少量的額外開銷(用于計算電池阻抗)。

為了完成電池電荷狀態(tài)的計算，需要測量溫度和電流。溫度相對容易測量，因為它的變化速度慢，不會受到電動機(jī)噪聲的干擾，而且與高電壓進(jìn)行了電氣性能的隔離。唯一的問題是采用多少個溫度探頭。由于在圓柱形電池之間存在未知的熱梯度，因此有些鋰離子電池組每個電池采用了一個溫度傳感器。其他的電池組設(shè)計采用由12個棱柱形電池構(gòu)成的電池組(使用鋁制外殼)。電池之間的低熱阻意味著每組電池配置一個或兩個溫度探頭就足夠了。最經(jīng)濟(jì)的測量方案采取的是電池電壓ADC重用的方法(圖5)。熱敏電阻被布設(shè)在電池之間。熱敏電阻與100kΩ電阻器之間的電壓多路傳輸至ADC之中。誤差預(yù)算包括基準(zhǔn)電壓的1%絕對值、電阻器和熱敏電阻的1%至5%容差、熱敏電阻B常數(shù)的1%至3%可變性(單位：Ω/ºC)以及探頭和電池內(nèi)部之間的溫差。未校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度約為5%。在室溫條件下對初始容差進(jìn)行校準(zhǔn)將只剩下B常數(shù)偏差。從圖1可知，溫度讀數(shù)中的每個4%誤差將轉(zhuǎn)化為一個1%的電池電荷狀態(tài)估計誤差。

最后測量的物理量是電流，它很重要，原因有二。首先，放電速率會影響電池容量(圖1)。其次，使電流中的變化與電池電壓中的變化相互關(guān)聯(lián)將提供一個用于測量電池內(nèi)部電阻的量度。您可以運(yùn)用自己掌握的電阻知識來改進(jìn)電池電荷狀態(tài)的計算。電阻也是反映電池平均壽命的主要指標(biāo)。由于每個電池都是串接的，因此電流是電池組中的一種單點測量。測量應(yīng)該是雙向的，并具有一個寬動態(tài)范圍。圖8示出了一種常用的方法。

圖8：由于每個電池都是串接的，因此電流是電池組中的一種單點測量。測量應(yīng)該是雙向的，并具有一個寬動態(tài)范圍。在這種常用方法中，LEMDHAB14s84包含兩個霍爾效應(yīng)傳感器和一個ASIC，用于對與5V電源成比例的輸出進(jìn)行線性化處理。

LEMDHAB14s84包含兩個霍爾效應(yīng)傳感器和一個ASIC，用于對輸出進(jìn)行線性化處理。輸出與5V電源成比例。一個通道具有±30A的范圍，而另一個通道則具有-150A至+350A的范圍。這兩個通道均具有約10位的分辨率。將兩個通道組合起來，可提供一個30mA至350A的總動態(tài)范圍。應(yīng)當(dāng)對電流傳感器輸出的濾波處理進(jìn)行修整，以實現(xiàn)電池電壓濾波的匹配以及電流和電壓測量的同步。

電池平衡

當(dāng)任何一個電池達(dá)到其最大或最小容許電荷狀態(tài)時，100個串接電池的充電/放電操作必須停止。于是，一個電池組的效能實際上僅與其最弱的一節(jié)電池相當(dāng)。如果一節(jié)“弱”電池在充電和放電期間接收了與一節(jié)“強(qiáng)”電池相同的電荷量，則它將使用其更多的可用容量，這反過來使它變得更弱。隨著時間的推移，在所有的電池中保持相同的容量水平有助于老化程度的一致性。如果僅是由于某個電池過早地?zé)o法繼續(xù)充電而導(dǎo)致不得不更換整個電池組(內(nèi)含100個電池)，那將是很令人遺憾的。如果電池監(jiān)視系統(tǒng)能夠調(diào)整每個電池中的電荷水平，則可從電池組獲得更多的能量和更長的使用壽命。在EV和HEV中，電池平衡是一項至關(guān)重要的功能。

小容量電池組往往采用一種簡單的被動平衡方法，旨在最大限度地降低成本。當(dāng)某個電池的電荷狀態(tài)超過其鄰近的電池時，這種方法將在其兩端布設(shè)一個放電電阻器。被動平衡并不增加一次充電之后的行駛距離，原因是這種方法消耗功率，而不是重新分配功率。不過，被動平衡延長了電池組的壽命，而且是客用HEV中的標(biāo)準(zhǔn)電池平衡方法。放電電流的變化范圍為10mA至1A，最常見的是100mA至200mA。

EV采用較大容量的電池組，在這里使用被動平衡會產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量。而且，EV制造商還很關(guān)心每次充電之后的行駛距離。商用HEV(例如：公共汽車和貨車)則采用多個大型電池組。考慮到汽車的費(fèi)用(一輛公共汽車的造價約為48萬美元，而一輛Prius混合動力車的價格則在兩萬三美元左右)，對于電子部件的成本壓力較小。在這些場合中，采用更加精巧完善的主動平衡法是有意義的。

主動平衡意味著電荷在電池之間往返運(yùn)動，且最終不會作為熱量而被浪費(fèi)掉。這種方法需要一個用于電荷轉(zhuǎn)移的存儲元件。目前，工程師們正在發(fā)布和取得有關(guān)此類采用電容器、電感器或變壓器的方案的專利(參考文獻(xiàn)1和圖9)。電容器在兩個相鄰的電池之間連續(xù)切換。電流將流動，以使這兩個電池的電壓(因而包括其電荷狀態(tài))相等。通過采用一組開關(guān)和電容器，往往能夠使所有電池的電壓相等。這種方法的缺點是需要采用大量的低電阻開關(guān)，并產(chǎn)生用于控制開關(guān)的信號。而一個優(yōu)點則是無需使用軟件。只要開關(guān)時鐘處于運(yùn)行狀態(tài)，電路就將在后臺連續(xù)地對電池進(jìn)行平衡。一種基于變壓器的方案可在單個電池和一組電池之間轉(zhuǎn)移電荷(參考文獻(xiàn)2和圖10)。該方案需要電池電荷狀態(tài)信息，以從6個電池的電池組選擇需要充電和放電的電池。

圖9：這種基于電容器的方案采用了一個在兩個相鄰電池之間連續(xù)切換的電容器。電流將流動，以使兩個電池的電壓(因而包括其電荷狀態(tài))相等。主動平衡使電荷在電池之間往返運(yùn)動，而且不會變成熱量而被浪費(fèi)掉。它需要一個用于電荷轉(zhuǎn)移的存儲元件。

圖10：在另一種主動平衡方案中，一個變壓器負(fù)責(zé)在單個電池和一組電池之間轉(zhuǎn)移電荷。電池電荷狀態(tài)信息被用來從6個電池的電池組選擇需要充電和放電的電池。

簡化模擬電路導(dǎo)致了數(shù)字電路的復(fù)雜化

把一個含有100個電池的電池組分成若干個模組使得模擬電路的集成化變得更加容易。不幸的是，如果采用這種方法，就必需完成一項任務(wù)，即：在地電位中的差異超過300V時將數(shù)據(jù)從測量IC傳輸至主控制器。最直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄊ窃诿總�模組和主控制器之間采用一個數(shù)字隔離器(參考文獻(xiàn)3)。然而，數(shù)字隔離器價格昂貴，而且需要一個隔離型電源，這樣電池組電池就不必為隔離器的電池側(cè)供電。

LTC6802集成了一個可進(jìn)行菊鏈?zhǔn)竭B接的SPI，而且這種方法免除了增設(shè)數(shù)字隔離器的需要(圖11)。該接口利用了這樣一個事實，即：模組N的正電源具有與模組N+1的地相同的電壓。它采用電流在相鄰的模組之間傳輸數(shù)據(jù)。與模擬電路一樣，模組化方法意味著數(shù)據(jù)總線必須處理總電池組電壓的一部分。所有菊花鏈的共同缺點是：如果在一個模組中發(fā)生故障，則意味著它將失去與堆棧中所有位于其上方的模組通信聯(lián)系。此外，由于在模組之間沒有提供電氣性能的隔離，因此該接口還必須處理故障條件下出現(xiàn)的大電壓。LTC6802接口依靠外部分立二極管來隔離故障情況下的反向電壓。

圖11：LTC6802集成了一個可進(jìn)行菊鏈?zhǔn)竭B接的SPI，并免除了數(shù)字隔離器。

使監(jiān)視器堅固

汽車制造商必須滿足極高的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，這與其產(chǎn)品所使用的電源無關(guān)。電池組的組裝和電池組的故障檢測要求均給電池監(jiān)視系統(tǒng)帶來了挑戰(zhàn)。電池組電池通過一根連接件連接至電池組的監(jiān)視和平衡電子線路。在電池組的組裝過程中，該連接件以任意順序與電池接觸。電子線路要想安全承受高電壓、低阻抗電池組的熱插拔，就必需采用保護(hù)二極管和電阻器。圖12示出了布設(shè)在連接件和LTC6802監(jiān)視IC之間的元件實例(參考文獻(xiàn)4)。元件Q1、R1和R2負(fù)責(zé)提供被動電池平衡。LTC6802的S(N)輸出用于控制這些元件。元件R3和C1構(gòu)成了一個用于LTC6802ADC的抗混疊濾波器。二極管D1和D2以及電阻器R4用于提供保護(hù)作用。D1是一個標(biāo)準(zhǔn)的6.2V、500mW齊納二極管，當(dāng)觸點在電池連接工藝中相連時，它將自動地在缺失輸入端上分配安全的電壓。該齊納二極管的6.2V額定電壓既高至足以最大限度地減小來自電池的漏電流，但同時又低至足以保護(hù)IC。D2負(fù)責(zé)保護(hù)平衡MOSFETQ1的柵極。R4用于在D2被強(qiáng)制接通的情況下保護(hù)S(N)輸出。

圖12：LTC6802中的引腳可平衡電池組電池。

在正常操作期間，電池監(jiān)視系統(tǒng)必須滿足這樣的要求：任何“失效電池”讀數(shù)都不會被錯誤地解釋為“良好電池”讀數(shù)。兩種更常見有可能導(dǎo)致錯誤讀數(shù)的故障是開路和IC失效。如果在連接件中存在開路，且如果在ADC輸入端上布設(shè)了一個濾波電容器，則該電容器往往會把輸入電壓保持在介乎相鄰電池電壓之間的某個點上。需要某種類型的導(dǎo)線開路檢測或電池電阻測量功能。一種方法是短暫地接通被動平衡電路。如果電池連接開路，則測得的電壓將是0V。一種類似的方法是間或地從監(jiān)視電路給電池加載DC電流，以觀察電池電壓讀數(shù)是否發(fā)生變化。LTC6802具有針對該用途的可選直流負(fù)載(圖13)。

圖13：為了確保任何“失效電池”讀數(shù)都不會被錯誤地解釋為“良好電池”讀數(shù)，必需進(jìn)行某種類型的導(dǎo)線開路檢測(例如：短暫地接通被動平衡電路)。如果電池連接開路，則測得的電壓將是0V。

電池組中另一個普遍的擔(dān)憂是IC具有某種未檢出故障。在正常操作期間，主控制器必須要能夠在所有的模組上執(zhí)行診斷操作。如果這些周期性的自測試出現(xiàn)故障，則控制算法存在疑點，而且必須使電池組離線。例如：如果ADC中的基準(zhǔn)改變數(shù)值，則讀數(shù)無效。保證電壓測量準(zhǔn)確度的唯一方法是定期測量第二個獨立基準(zhǔn)(圖6)。另一個例子是ADC數(shù)字部分中的故障。必須擁有足夠的支持電路或內(nèi)置測試模式，以確保ADC能夠在其整個輸入范圍內(nèi)正常運(yùn)作。

為了限制使電池組離線的可能性，大多數(shù)電池監(jiān)視電路都具有堅固的自測試和冗余測量硬件。如果主監(jiān)視電路未能進(jìn)行定期自測試，則冗余電路的存在將為用戶的設(shè)備提供有效測量，直至技術(shù)人員解決相關(guān)問題為止。冗余的等級是一個日益受到電池監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計師和汽車供應(yīng)商廣泛關(guān)注的話題。

可以預(yù)計，基于鋰離子電池和鋰聚合物電池的工業(yè)電池將會不斷地發(fā)展，它們將憑借出色的能量密度、功率密度和循環(huán)壽命而使汽車性能得以改善。電池管理系統(tǒng)將隨著IC的發(fā)展而不斷取得進(jìn)步，從而以較低的系統(tǒng)成本來實現(xiàn)更高的集成度和準(zhǔn)確度。