中心議題:

• 學習一種高效電池管理係統的應用

解決方案:

• 采用不同的電池監視拓撲

• 提供一個實現數據采集功能的可擴展設計平台

假定你接受了一項任務
，為一個新的和基於電池的電源係統設計監視器電路，那麼你會采取什麼策略來優化該設計的成本和可製造性呢?zuichukaolvdewentijiangshiquedingxitongdeshouxuanjiegouyijidianchiheyouguandianzizujiandeweizhi。jibenjiegouqingchuyihou，jiexialaibixukaolvdeyigewentishi，dianlutuopudequanhengxietiaowenti
，liru，zenyangyouhuazuizhongchanpindetongxinhehulian。

電池的外形尺寸將對電源係統結構有重大影響。要使用大量小型電池以適合形狀複雜的電池模塊 (或電池組) 嗎?或者要使用外形尺寸很大的電池，因而由於重量問題而導致對電池數量的限製或引起其他的尺寸限製?這zhe也ye許xu是shi設she計ji變bian數shu最zui大da的de部bu分fen
，因yin為wei外wai形xing新xin穎ying的de電dian池chi不bu斷duan上shang市shi，而er且qie人ren們men也ye在zai不bu斷duan努nu力li，務wu求qiu電dian池chi模mo塊kuai或huo電dian池chi組zu集ji成cheng到dao產chan品pin中zhong後hou，會hui與yu整zheng個ge產chan品pin概gai念nian更geng加jia一yi致zhi。例li如ru，在zai汽qi車che設she計ji情qing況kuang下xia
，電dian池chi最zui終zhong也ye許xu分fen散san在zai車che輛liang上shang的de某mou些xie空kong間jian中zhong，這zhe些xie空kong間jian如ru果guo不bu放fang電dian池chi，利li用yong效xiao率lv很hen低di。

另一個考慮因素是
，電池 (或模塊化電池組)、電池管理係統 (或其子係統) 以及最終應用接口之間的測試信號和 / huoyaocexinhaodehulian。zaidaduoshuqingkuangxia，keyizuoyigewaike，yonglaijichengdianchimokuaihuodianchizuzhongdemouxieshujucaijidianlu
，yibianruguoxuyaotiaohuan

，nameshengchan ID、校準
、使用規格等重要信息能隨著可替換組件帶走。這類信息對電池管理係統 (BMS)或維修設備可能有用，而且最大限度地減少了線束中所需的高壓額定值導線的數量。

接下來，就給定的機械概念設計而言，監視硬件拓撲由精確定義的、所需支持的電池數量決定。在汽車應用中，一般情況下總共會有 100 個以上的電池測量點，而且係統的模塊化將決定一個給定的電路係統測量多少個電池。最常見的情況是，以安全斷接“維修插頭”方式，將所有電池分成至少兩個子組。通過在故障情況下保持電壓低於 200V，zhezhongfangfazuidaxiandudijiangdileweixiurenyuankenengyudaodechudianweixian。waixingchicunjiaodadedianchizuyiweizhe，yaocaiyongliangtaogelideshujucaijixitong
，meitaoyexuzhichi 50 個電池分接頭。在有些情況下，所有電子組件都在一個經濟實惠的印刷電路板上，但是這需要大量互連，如圖 1 (a)suoshi。huozhe
，dianzizujianyekeyifensanfangzhi
，gengjiajinmidijichengzaidianchimokuaizhong，danshizhexuyaocaiyongyaocelianjiefangfa。weileshixiankekaodeshujuwanzhengxing，neizhiyuqichexianshuzhongdeyuanduancelianggongnengdianlubixucaiyongyizhongjianguxingxieyi
，liruguangfanshiyongde CAN 總線。盡管真正的 CAN 總線接口涉及幾個網絡層，但是可以很方便地采用 PHY 層構成 BMS LAN 結構，以高效率地進行模塊內的通信。這類分布式結構如圖 1 (b)所示。該拓撲允許在幾個小型處理器之間分配計算工作量，從而降低所需的數據傳輸速率，並減輕 LAN 方法可能引起的 EMI 問題。最終的 BMS 應用接口很可能是至一個主係統管理處理器的 CAN 總線接線，而且將需要定義 (或在一開始規定) 特定的信息事務處理。


其他因素也可能對物理結構和監視電路造成影響。就鋰離子電池而言，需要電池容量平衡，從而導致了額外的熱量管理問題(去除熱量)，erqieruguoxuyaoyouyuanpingheng

，haixuyaodianyuanzhuanhuandianlu。wendutantouchangchangfenbuzaizhenggemokuaizhishang
，yitigongyizhongjiangdianyadushuyuchongdianzhuangtaiguanlianqilaidefangfa，yinerxuyaoyixiezhichidianluhelianjiefangan。shejishiyigechangchanghushidekaolvyinsushi，dangchanpinanzhuangzhiqianxianzhihuochucunzaihuojiashangshi
，dianchidedianliangxielouyinggaishizuidide。zaiyouxieqingkuangxia，ewaidekongzhipeixianshibiyaode。
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在上麵實現的這些結構中

，都有一個常見的測量功能構件，該構件包括一個多通道 ADC
、安全隔離勢壘和某種程度的本地處理能力。圖 2 電路顯示了一個實現數據采集功能的可擴展設計平台。在這個圖中，實現功能的核心組件是淩力爾特的 LTC6803 電池組監視器 IC，同時顯示的還有一個 SPI 數據隔離器和一些可選的特殊用途電路。該電路包括輸入濾波器和無源平衡功能，構成了一個完整的 12 節電池數據采集解決方案。如果需要，這類電路可以簡單地複製
，以支持更多電池測量方案，同時共享主微控製器的本地 SPI 端口
，該主微控製器反過來再提供外部 CAN 總線或其他 LAN 型數據鏈路所需。
與前一代監視器件相比LTC6803 的主要改進是，支持電源停機和/或單獨由電池組供電。當電源從 V+ 引腳去掉時，電池加載將降至零(僅有 nA 級半導體泄漏)。工作電源可以由接通的電池組電壓提供，或從一個單獨的電源提供給 V+，隻要電壓始終至少與電池組一樣高就行。為了實現簡單性


，LTC6803 還可以直接從電池組獲取功率，在這種情況下
，最低功率狀態(即備用) 將僅消耗 12uA 電流。LTM2883 數據隔離器通過一個內部隔離的 DC-DC 轉換器

，從主處理器供電

，因此該器件將自動與主處理器一起斷電。LTM2883 的一個非常有用的功能是
，它還能向隔離的電子組件(即電池端) 提供很大和得自主機的功率。一個小型升壓電源功能組件 (圖 2 中的 LT3495-1) 就是這樣驅動的，以獨立地給 LTC6803 供電，以便電池僅提供 ADC 測量輸入電流 (即在有效轉換時平均值 < 200nA)。該電路具有絕對最低的寄生電池泄漏，同時消除了任何電池的工作電流失配，否則這種失配可能逐步導致電池容量失衡。

LTC6803 的一個方便的功能是，有兩個自由的
、準確度與電池輸入類似的 ADC 輸入。這種方便的功能允許用很少的額外電路進行輔助測量，包括溫度
、校準信號或負載電流測量。一種尤其有用的測量是
，用一個門控電阻分壓器測量整個電池組的電壓
，實現方法如圖 2 所示 (采用 12:1 的比例
，連接到 VTEMP1 輸入)。當電路斷電時，相關的 FET 斷duan開kai，這zhe樣yang對dui電dian流liu的de測ce量liang就jiu不bu會hui不bu必bi要yao地di加jia重zhong電dian池chi的de負fu擔dan。既ji然ran該gai端duan口kou的de濾lv波bo可ke以yi獨du立li於yu電dian池chi輸shu入ru來lai定ding製zhi，那na麼me為wei了le實shi現xian精jing確que的de充chong電dian電dian流liu計ji算suan所suo需xu的de

、真正高達 200sps 的奈奎斯特 (Nyquist)采cai樣yang率lv是shi可ke能neng的de。可ke以yi利li用yong對dui單dan個ge電dian池chi測ce量liang來lai周zhou期qi性xing地di對dui整zheng個ge電dian池chi組zu的de分fen壓ya器qi提ti供gong軟ruan件jian校xiao準zhun
，這zhe樣yang就jiu不bu需xu要yao價jia格ge昂ang貴gui的de電dian阻zu器qi了le。輔fu助zhu輸shu入ru的de另ling一yi個ge非fei常chang有you用yong的de用yong法fa是shi，測ce量liang準zhun確que度du很hen高gao的de校xiao準zhun電dian源yuan(諸如淩力爾特的 LT6655-3.3，一個準確度為 0.025% 的基準)，在zai這zhe種zhong用yong法fa中zhong

，允yun許xu軟ruan件jian憑ping借jie通tong道dao至zhi通tong道dao的de固gu有you匹pi配pei
，校xiao正zheng其qi他ta所suo有you通tong道dao。請qing注zhu意yi，熱re敏min電dian阻zu器qi的de溫wen度du探tan頭tou不bu必bi以yi電dian池chi的de電dian位wei為wei基ji準zhun
，這zhe些xie探tan頭tou一yi般ban也ye不bu需xu要yao 12 位的分辨率。這類探頭通常適用於直接與微控製器連接，從而留出高性能 LTC6803 的輔助輸入，以實現要求更加苛刻的功能。

zongzhi，zaidianchiguanlixitongdianluzhongxuyaokaolvdeyinsuyouhenduo，tebieshinaxiejuedingfengzhuangxianzhideyinsu。dangfengzhuangshejisixianghuijuzaiyiqishi，kaolvyixiayeyoukenengchanshengjixieyingxiangdedianzixianluyuxinxiliudejiegou(例如：連接器化和導線數目) 同樣也是很重要。一旦權衡過這些因素而且封裝設計思想成熟之後，隻需直接插入一款采用 LTC6803 平台，一個聲名卓著、可擴展和具成本效益的數據采集解決方案便大功告成了。