汽車和工業(yè)設備制造商一般要求電池壽命超過10年，這些制造商還會規(guī)定所需的可用電池容量。對于電池系統(tǒng)設計師來說，挑戰(zhàn)就是如何用最小的電池組實現(xiàn)最大的容量。為了實現(xiàn)這個目標，電池系統(tǒng)必須用精準的電子組件仔細控制和監(jiān)視電池。

大功率電池組系統(tǒng)

用于電動汽車或工業(yè)設備的大功率電池組系統(tǒng)由很多串聯(lián)疊置的電池組成。一個典型的電池組含有的電池可能有96個之多，就充電至4.2V的鋰離子電池而言，總共能產(chǎn)生超過400V的電壓。

盡管系統(tǒng)將電池組看作單個高壓電池，對電池組中的電池同時充電或放電，但是電池控制系統(tǒng)必須獨立考慮每一個電池的狀態(tài)。如果電池組中一個電池的容量比其他電池略低，那么經(jīng)過多個充電/放電周期之后，其充電狀態(tài)（SOC）將逐漸偏離其余的電池。如果這節(jié)電池與其余電池的充電狀態(tài)沒有周期性地進行均衡，那么該電池最終將進入深度放電狀態(tài)，從而損壞，并最終導致電池組故障。因此，必須監(jiān)視每節(jié)電池的電壓，以確定充電狀態(tài)。此外，還必須預先采取措施，使電池能單獨充電或放電，以均衡電池之間的充電狀態(tài)。

與監(jiān)視系統(tǒng)通信

電池組監(jiān)視系統(tǒng)需要考慮的一個重要因素是通信接口。就印刷電路板（PCB）內(nèi)部的通信而言，常見的選擇包括串行外圍接口（SPI）總線和內(nèi)置集成電路（I2C）總線。這兩種接口的通信開銷都很低，適合于低干擾環(huán)境。

另一種選擇是CAN總線，該接口在汽車應用中得到了廣泛采用。CAN總線非?？煽?，具有差錯檢測和容錯能力，但是通信開銷很大，材料成本很高。盡管從電池系統(tǒng)到主CAN總線有一個接口也許是可取的，但在電池組內(nèi)部，SPI或I2C通信是有利的。

諸如凌力爾特的LTC6802電池組監(jiān)視器IC等器件測量由多達12節(jié)電池組成的電池組的電壓，多個LTC6802可以從電池組的低端到頂端串聯(lián)疊置，該器件還有內(nèi)部開關，允許單節(jié)電池放電，以使該電池與電池組中其余電池的容量達到均衡狀態(tài)。

為了說明這種電池組架構，我們考慮一個有96節(jié)鋰離子電池的系統(tǒng)。監(jiān)視整個電池組需要8個電池組IC，每個器件都以不同的電壓工作。

采用4.2V鋰離子電池，底端監(jiān)視器件監(jiān)視12個電池，電壓從0V至50.4V。下一組電池的電壓范圍為50.4V至100.8V，沿著電池組向上依次類推。

這些器件以不同的電壓工作，它們之間的通信帶來了巨大挑戰(zhàn)。人們已經(jīng)考慮了各種方法，考慮到系統(tǒng)設計師的側重點不同，每種方法都有各自的優(yōu)點和缺點。

電池監(jiān)視的要求

在確定電池監(jiān)視系統(tǒng)的架構時，至少需要均衡5個主要的要求。這些要求的相對重要性視最終客戶的需求和期望的不同而不同。

1.準確度：為了充分利用最大的電池容量，電池監(jiān)視器必須是準確的。不過，汽車和工業(yè)系統(tǒng)充滿噪聲，電磁干擾存在于很寬的頻率范圍內(nèi)。準確度有任何損失都將給電池組的壽命和性能帶來負面影響。

2.可靠性：無論使用什么樣的電源，汽車和工業(yè)制造商都必須滿足極高的可靠性標準。此外，某些電池的高能量容量和潛在的易變性也是主要的安全隱憂。在保守條件下停機的故障保險系統(tǒng)比較適合災難性電池故障，盡管這種系統(tǒng)有可能不幸使乘客滯留或使生產(chǎn)線暫停。因此，電池系統(tǒng)必須仔細監(jiān)視和控制，以確保在系統(tǒng)的整個壽命期內(nèi)實現(xiàn)全面控制。為了最大限度地減少虛假和真實故障，一個良好設計的電池組系統(tǒng)必須保證可靠的通信、采用可最大限度地減少故障的模式和具備故障檢測功能。

3.可制造性：新式汽車中含有種類繁多的電子組件和復雜的布線線束。增加復雜的電子組件和配線以支持電動汽車/混合電動汽車（EV/HEV）電池系統(tǒng)會給汽車制造帶來更多挑戰(zhàn)。必須最大限度地減少組件和連線，以滿足嚴格的尺寸和重量限制，并確保大批量生產(chǎn)是實際可行的。

4.成本：復雜的電子控制系統(tǒng)可能很昂貴。最大限度地減少相對昂貴的組件（如微控制器、接口控制器、電流隔離器和晶體）可以顯著降低系統(tǒng)的總體成本。

5.功率：電池監(jiān)視器本身也是電池的負載。較低的工作電流可提高系統(tǒng)效率，而當汽車或設備關閉時，較低的備用電流可防止電池過度放電。

電池監(jiān)視

表1介紹了電池監(jiān)視系統(tǒng)的4種架構。每種架構都設計為自主的電池監(jiān)視系統(tǒng)，并假定系統(tǒng)由96個電池組成，12個電池為一組，分成8組（見表1）。每組都有一個至主CAN總線的CAN接口，而且與系統(tǒng)其余部分是電流隔離的。

并聯(lián)獨立CAN模塊（圖1）

每個由12個電池組成的模塊都含有一個PC板，板上有1個LTC6802、1個微控制器、1個CAN接口和1個電流隔離變壓器。系統(tǒng)所需的大量電池監(jiān)視數(shù)據(jù)使主CAN總線難以應付，因此CAN模塊必須在CAN子網(wǎng)上。CAN子網(wǎng)由一個主控制器協(xié)調(diào)，該主控制器也為主CAN總線提供網(wǎng)關。