對于混合動力汽車（HEV）和電動汽車（EV）而言，使用鋰離子電池可在功率、能量密度、效率和環境影響之間取得最佳平衡。但同時，鋰離子電池也是易損壞和危險的，而汽車環境又相當棘手、難以應付?；旌蟿恿ζ嚭碗妱悠囍须娮赢a品面臨的挑戰是，如何彌補要求苛刻的汽車環境和電池敏感特性之間的差距。
考慮到汽車對能量、功率和環境的要求，安全、可靠地使用大型鋰離子電池組絕對不是一個簡單的任務。鋰離子電池以完全充電或完全滿放電狀態工作時，其容量會降低?？紤]到循環充電、電池組之間的差別和不同的環境條件，每節電池的容量都會隨著時間推移而降低并產生偏離。因此，要實現15年、5000個充電周期的目標，每節電池都必須保持在有限的工作范圍內工作。通過控制每節鋰離子電池的充電狀態（SOC），可以最大限度地提高電池組的容量，同時盡可能地減緩容量的下降。確保高效率、安全地使用汽車電池組是電池管理系統（BMS）的責任。
電池管理系統的任務是仔細跟蹤和控制每節電池的充電狀態。電池管理系統的測量準確度至關重要，因為它決定了每節電池能工作在多么接近其可靠的充電范圍。最大限度地提高可用容量的能力決定了所需的電池數量，而電池數量對成本和重量有很大的影響。準確地測量每節電池的電壓相當困難，因為電池組中的電池易受高共模電壓和高頻噪聲的影響。為便于理解這一點，可以考慮以下事實：電動汽車/混合動力汽車的電池組通常由100至200個串聯的電池組成，電壓非常高。這類電池組必須提供可能超過200A的快速充電和放電電流，在電池組的頂端，電壓瞬態有可能超過100V。
對成本和可靠性的關注驅動著汽車電子產品向更高集成度、更少組件數的方向發展。在高度復雜的電池管理系統中，這種趨勢尤其明顯，我們看到這類系統中已經出現了諸如凌力爾特的LTC6802等電池監視IC。在新型電池管理系統中，這類高集成度器件是關鍵的數據采集組件，與之前的分立式解決方案相比，這類器件減少了成本、占用的空間以及組件數。
電池監視器的主要功能是直接測量串聯電池的電壓，通常每個IC監視12個通道。這類IC中還包括電池容量平衡控制和額外的測量輸入（如用于溫度的輸入）。為了管理高壓電池組，這類器件通常設計為通過菊花鏈式串行接口相互通信。電池管理系統中，通常不太可能集成到電池監視IC中的元素就是嵌入式軟件。SOC算法是受嚴密保護的技術，針對化學組成、尺寸、外形、工作條件和應用而定制。對于新型高壓、大功率電池組和嵌入式軟件而言，現有的算法可能并沒有價值，這使得故障機制效果分析（FMEA）變得復雜，此時系統設計工程師無法進行直接控制。圖1說明了由任意節電池組成的電池模塊的基本配置，其中電池管理系統的算法是軟件編碼的，并由開發商獨家控制。
圖1：電動/混合動力汽車電池模塊的基本拓撲。
電池監視IC的一個關鍵考慮因素是，怎樣處理將會碰到的汽車噪聲。例如，很多電池監視器采用快速SAR轉換器實現電池的數字化，在超過100個通道的數據采集系統中，這似乎能帶來很多好處。但是，汽車中的噪聲環境需要進行大量濾波，而且這種濾波決定了有效吞吐量（而非采樣率）?；谶@個原因，Delta Sigma ADC比SAR轉換器更有優勢。對于給定的10kHz噪聲抑制量而言，每秒1000次采樣的ADC可提供與每秒100萬次采樣的SAR ADC相同的吞吐量。例如，LTC6802采用一個每秒1000次采樣的？？？ADC，該ADC在10ms時間內可順序對10個輸入通道采樣。內置的線性相位數字濾波器對10kHz開關噪聲提供36dB的噪聲抑制。要在10kHz時獲得相同的噪聲抑制，每秒100萬次采樣的SAR轉換器在每節電池上都需要一個轉角頻率為160Hz的單極RC濾波器（參見圖2）。RC濾波器的12位穩定時間為8.4ms，即使SAR ADC能在10us時間內順序對10個通道采樣，但由于濾波器的響應，每8.4ms超過1次的掃描也是沒有意義的。
圖2：轉換器和采用RC電路的SAR轉換器的比較：轉換器以更好的濾波性能提供同樣的有效吞吐量。
如果有一長串電池監視IC，那么串行接口也是一個重要的考慮因素，凌力爾特公司可提供兩種截然不同的選擇。一種選擇（也是大多數電池監視IC所支持的）是菊花鏈式接口。采用菊花鏈式接口時，鏈中每個IC無需光耦合器或隔離器就可與相鄰IC通信，只留下底部的器件與單個微處理器或控制單元連接。此外，凌力爾特還提供第二種選擇，即采用單獨可尋址的串行接口。采用這種方案時，單個微控制器通過隔離與多個并聯器件通信。這種拓撲提供本身更加可靠的“星形配置”，因為失去與一個器件的通信并不會隔斷與其他任何器件的通信?？蓪ぶ菲骷€可用在經過修改的菊花鏈式拓撲中，在這種拓撲中，相對昂貴的隔離器已經成為過去，取而代之的是較便宜的“晶體管化”SPI總線配置。最終可獲得具有極寬兼容范圍的串行接口。
經過兩年的生產和經過實踐檢驗的設計，凌力爾特推出了第二代器件。對比第一代和第二代器件，可以對未來高壓電池系統的發展方向有一些深入的了解。LTC6803的主要目標之一是即使在最極端的噪聲情況下，也能確保無差錯通信。對所有指令和數據都進行包誤差檢測，以確保通信完整性。LTC6803系列還繼續支持菊花鏈式和單獨可尋址串行通信，同時LTC6803菊花鏈能承受超過20V的AC噪聲和30V的快速開關尖峰，而不會產生誤差（圖3）。
圖3：第二代菊花鏈可抵抗強噪聲。
LTC6803具有獨立的電源輸入，該輸入可被斷開，同時其他連接保持完好無損（圖4a）。在這種硬件停機的情況下，LTC6803僅汲取幾個nA的電流。這對電池組的長期儲存很重要，因為集成的電池管理系統所消耗的電流有可能使電池組中的電池容量失衡。LTC6803還可以用一個獨立的電源工作，從而允許從一個單獨的電源而非電池組中汲取電源電流。如圖4b所示，該器件還允許使用簡單的斷電功能。此外，采用單獨的電源時，即使所有電池電壓都已急劇下降（在使用超級電容器和燃料電池時可能出現），LTC6803仍可繼續監視大量電池。圖4c說明了擁有獨立電源輸入的優點。
圖4a：硬件停機。
圖4b：獨立電源供電。
圖4c：電源電流與工作模式的關系。
汽車中日益增多的電子產品日益正在驅動有關汽車電子產品質量和可靠性的新標準產生。因此，涌現了諸如AEC Q100和ISO 26262等汽車電子產品標準。這些標準轉化成了廣泛的限定條件和內部功能，以確保滿足系統安全要求。例如，LTC6803是與ISO 26262兼容的系統。ISO 26262是一個功能性的安全標準，定義了汽車系統的安全要求，并對系統級設計問題產生影響，如冗余度、網絡配置、數據收集、傳感器等等。LTC6803內置了導線開路檢測、數字濾波器檢測、多路復用器解碼器檢測以及看門狗定時器和一個冗余電壓基準，以實現全面的自測試能力。
LTC6803還包含很多其他的改進，以滿足標準汽車設計之外的需求。例如，LTC6803提供-300mV至5V的擴展測量范圍，該范圍支持監測超級電容器和鎳氫金屬電池。LTC6803的技術規格針對-40°C至125°C的工作溫度范圍全面擬定，該器件還能承受高達75V的電源電壓，以提供超過20%的過壓裕度。
圖5：LTC6803的內部自測試功能。
汽車環境對電子產品而言非常嚴酷，但汽車的日益電氣化也是無可辯駁的事實。電動汽車和混合動力汽車中的鋰離子電池系統不久將成為主流，而諸如LTC6803等尖端測量器件是鋰離子電池系統的關鍵成功因素。不僅需要這類器件來實現準確測量，而且這些器件必須能在非?？量痰臈l件下長期可靠工作。LTC6802已被證明有良好的發展軌跡，毫無疑問，在未來的汽車市場上，LTC6803將繼續LTC6802的輝煌。
