【導讀】如果希望鋰離子電池在長時間內可靠工作，就需要非常謹慎地對待它。這類電池不能在其充電狀態(SOC)的極限上運行。隨著時間推移和不斷使用，鋰離子電池的容量會下降并出現偏離，因此必須管理系統中的每一節電池，以保持所有電池都處于限定的SOC范圍之內。
為了給車輛提供充足的電力，需要數十或數百節電池。這些電池配置成一長串，提供高達 1000V 甚至更高的電壓。電池管理電子電路必須在這種電壓非常高的環境中運行，并抑制共模電壓效應，同時差異化地測量和控制電池串中的每一節電池。電池管理電子電路必須能夠將來自電池組的信息傳送到一個中心點，以對其進行處理。
此外，在車輛或其他大功率應用中使用高壓電池組以后，會伴隨出現一些棘手的情況，例如工作時電氣噪聲非常大，溫度范圍非常寬。人們希望電池管理電子電路可最大限度地擴大工作范圍、延長壽命、提高安全性和可靠性，同時最大限度降低成本、減小尺寸和重量。
2008 年，凌力爾特宣布推出首款高性能多節電池的電池組監視器 LTC6802。其主要特色包括：以 0.25% 的最大總體測量誤差、在 13ms 內測量多達 12 節鋰離子電池；很多 LTC6802 IC 可以串聯連接，以同時監視很長的高壓電池串中的所有電池。多年來，凌力爾特不斷改進 LTC6802，提供了很多新的版本。所有這些版本都是為了在混合動力 / 電動型汽車 (HEV)、電動汽車 (EV) 以及針對其他高壓、大功率電池組提供精確的電池管理。
最先進的高壓電池組監視器
LTC6811 是凌力爾特公司最新的多節電池之電池組監視器，采用了超級穩定的電壓基準、高壓多路復用器、16 位增量累加 ADC 和 1Mbps 隔離式串行接口。LTC6811 以好于 0.04% 的準確度測量多達 12 節串聯連接電池的電壓。憑借 8 個可編程 3 階低通濾波器，LTC6811 可非常出色地降低噪聲。在最快速 ADC 模式，可在 290μs 內完成全部電池的測量。
通過凌力爾特公司專有的兩線 isoSPI 接口，多個 LTC6811 可以互連并同時工作。每個 LTC6811 都集成了 isoSPI 接口，以直至 1Mbps 都能提供很高的抗 RF 噪聲性能，并在僅用雙絞線的情況，允許使用長達 100 米的電纜。LTC6811 提供兩種通信選擇：使用 LTC6811-1 時，以菊花鏈方式連接多個器件，所有器件都連至一個主處理器；使用 LTC6811-2 時，多個器件并聯連接至主處理器，每個器件是單獨尋址的。
LTC6811 為在 -40°C 至 125°C 溫度范圍內工作做了全面規定。該器件是面向 ISO 26262 (ASIL) 兼容系統設計的，通過其冗余電壓基準、邏輯測試電路、交叉通道測試、開路檢測功能、看門狗定時器和串行接口數據包差錯檢驗，提供了非常大的容錯范圍。就采用凌力爾特 LTC6804 的現有設計而言，LTC6811 是一款引腳兼容型替代產品，且具備額外的濾波器截止頻率、額外的被動和主動平衡控制功能、新的 ADC 命令以及額外的容錯范圍以保證功能安全性。
圖1: 多節電池的電池組監視器
ISO 26262 和功能安全性
LTC6811 可用來實現具備以下特點的系統：具備高可靠性、高穩定性和高測量準確度，將在高壓、極端溫度、熱插拔和具電氣噪聲的環境中運行很多年。LTC6811 還支持 ISO 26262 標準所定義的汽車的功能安全性。ISO 26262 系統化地應對了汽車中的電子和電氣系統故障引起的潛在危險。這就要求系統必須不斷確認關鍵電子電路處于正常運行狀態，例如電池電壓測量電子電路。為了做到這一點，LTC6811 提供廣泛的內部診斷功能，以驗證這類電子電路是否正常運行：
電池和監視器之間的開路檢測
輔助電壓基準以確認主基準準確度在 ±5mV 之內
對 12 節電池組成的電池組進行電壓測量，確認電池測量準確度在 ±0.25% 之內
雙通道測量以確認多路復用器和 ADC 準確度在 0.01% 之內
同時進行雙濾波器測量以確認濾波器正常工作
內部電源電壓測量
存儲器自測試
利用通用 I/O，通過傳感器和外部器件進行冗余監視
準確度
為了實現卓越的準確度，LTC6811 采用了一個專用掩埋式齊納電壓基準。掩埋式齊納電壓基準隨時間和工作條件變化，提供出色的長期穩定性和準確度。結果是，LTC6811 能夠以不到 1.2mV 的誤差測量所有電池。
圖2：掩埋式齊納電壓基準的出色溫度漂移性能
此外，即使在有噪聲情況下，LTC6811 也可通過濾除電池電壓上的噪聲，確保出色的測量準確度。這是通過使用增量累加 ADC 轉換器實現的。使用增量累加轉換器時，在轉換期間會對輸入多次采樣，然后進行數字濾波。結果是，內置低通濾波消除了作為測量誤差源的噪聲，這時截止頻率是按照采樣率建立的。LTC6811 采用快速 3 階增量累加 ADC，該 ADC 具可編程采樣率，提供 8 個可選截止頻率。結果是，出色地降低了噪聲，還得到了 8 種可編程測量速率，從而允許在短短 290μs 時間內完成對 12 節電池的測量。
圖3：LTC6811 增量累加轉換器
更多功能
LTC6811 被設計以在電池系統中最關鍵的位置上工作，直接連接到電池。這個位置處于 BMS 微處理器和外部設備之間，因此 LTC6811 可以監視電池傳感器，獲得電池電流或溫度等數值，并顯示這些值與電池測量值之間的密切相關性。LTC6811 在這個位置上有幾種發揮作用的方式。
LTC6811 提供非常靈活的通用 I/O，可作為數字輸入、數字輸出或模擬輸入工作。當作為模擬輸入工作時，LTC6811 可測量從 V- 至 5V 的任何電壓，測量準確度與測量電池時相同。此外，LTC6811 允許電池測量與這些外部信號同步，或與包含 12 節電池的電池組電壓同步。LTC6811 還具備一種內置功能，即通過數字 I/O 控制 I2C 或 SPI 從屬器件。這使 LTC6811 能夠控制更加復雜的功能，例如控制多路復用器以增加模擬輸入，或控制 EEPROM 以存儲校準信息。
LTC6811 有內部被動平衡 FET，可給單獨的電池放電，或直接控制更大的大功率外部 FET。LTC6811 可配置為在低功率狀態給電池放電，例如當電池包處于靜態時。此外，每節電池的放電輸出都可以在獨立的時間段內接通。這就使得當電池監視器未激活時，電池能夠在長時間內保持平衡。這些平衡引腳還可以作為串行接口使用，以控制凌力爾特的 LT8584 主動平衡電路。LT8584 是一款單片反激式 DC/DC 轉換器，在失配電池組成的電池組中，可用來恢復多于 99% 的容量。通過 LTC6811 SPI 主控功能，LTC6811 可以連至凌力爾特基于 SPI 的主動平衡 IC LTC3330。LTC3300 是一款故障保護控制器 IC，用于實現雙向主動平衡，可向 12 節或更多相連電池高效傳送電荷，或將這些電池的電荷傳送出去。
圖4：具主動平衡的電池組監視器
LINDUINO ONE
為方便集成 LTC6811 的功能并縮短開發時間，凌力爾特新的 Linduino? One 為 LTC6811 提供了全面支持。Linduino One 是一款 Arduino Uno 兼容的微控制器電路板，與 USB 完全隔離，直接連至 LTC6811 演示電路板。這個平臺具備內置引導程序，可快速在線更新固件，是一款簡便、穩定的硬件開發平臺。因為 Arduino 是一款開源平臺，BMS 設計師可非常容易地訪問簡便和強大的 Arduino 集成式開發環境 (IDE)。名為 bmsSketchbook 的代碼庫提供 LTC6811 示例代碼，用來在任何標準 C 編譯器中進行編譯。例如，bmsSketchbook 包括很多例程，包括讀寫配置值、讀寫電池電壓、運行自測試、運行冗余測試、以及控制被動平衡。
圖5：Linduino One 是一款 Arduino Uno 兼容的微控制器電路板，與 USB 完全隔離并直接連至 LTC6811
總結
凌力爾特的 LTC6811 是第四代高性能多節電池監視器。LTC6811 與其前一代 LTC6804 是引腳兼容和軟件兼容的。與 LTC6804 相比，LTC6811 成本更低，提供額外的濾波器截止頻率、額外的被動和主動平衡控制功能、新的 ADC 命令以及額外的容錯范圍以保證功能安全性。LTC6811 還得到了凌力爾特 Linduino One 的全面支持，以方便評估和開發工作。
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