具 0.04% 准确度和内置隔离式通信功能
概述
如果期望锂离子电池长时间地可靠运行，就必需对其给予大量的看护。不能让它们工作到其电荷状态 (SOC) 的极端状态。锂离子电池的容量会随着时间的推移和使用而逐渐减少和消耗，因此必须对系统中的每一节电池进行管理，使之保持在一个受限的 SOC 之内。 为了给汽车提供足够的电能，需要使用几十或几百节电池。这些电池必须配置成长串结构；产生高达 1000V 甚至更高的电压。电池电子线路必须在这种非常高电压的环境中运作并抑制共模电压的影响，同时对这些电池串中的每一节电池进行差分测量和控制。此类电子线路必须要能够将来自电池组的信息转移至一个中心点进行处理。 | |
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除了这些要求之外，在汽车或其他高功率应用中运作高电压电池组还会强加严苛的条件，例如在显著的电噪声环境和很宽的温度范围内运作。人们对于电池管理电子线路的期盼是：尽量扩展工作范围、延长寿命并提高安全性和可靠性，同时最大限度地缩减成本、尺寸和重量。
电池管理电子线路的要求
用于测量和管理电池组的电子系统 (也被称为 BMS) 具有三项关键要求。
第一：BMS 必须了解电池组中每节电池的健康状况。这主要是通过估测电池系统中每节电池的电荷状态来实现的。可将当前的 SOC 与过往信息综合起来以确定每节电池的状态。
第二：BMS 必须控制系统中每节电池的电荷状态。这是通过控制系统中每节电池的充电、放电和电荷平衡来完成的。
第三：确保安全性。BMS 必须知道电子线路处于正确的工作状态，以确保获得的电池信息是有效的。黄金法则是“绝不能让过压电池表现为具正常电压的电池”。为了做到这一点，BMS 必须将所有电池及 BMS 电子线路的状态信息传递至系统的其余部分。
电池管理电子线路中的关键元件是电池监视器 IC。电池监视器承担了准确测量每节电池的电压、电流和温度并把相关数据传递至一个控制电路的困难任务。接着，一个控制器运用电池数据来计算电池组的电荷状态和健康状况。该控制器可以命令电池监视器对某些电池进行充电或放电，以在电池组内部保持一种平衡的电荷状态。
LTC6804：下一代产品
LTC®6804 是一款高电压电池监视器，能测量多达 12 个串接电池 (电压高达 4.2V) 的电压，并具有训狼记 16 位分辨率和低于 0.04% 的最大测量误差。利用一个掩埋式齐纳电压基准 (类似于高精度仪表中所使用的基准)，可在整个时间、温度和工作条件下保持高精度。当以串联方式堆叠时，LTC6804 可在不超过 290μs 的时间里完成大型高电压系统中每节电池的电压测量。该器件提供了 6 种操作模式，旨在优化更新速率、分辨率和内置三阶噪声滤波器的低通响应。在速度最快的模式中，能在 290μs 之内完成所有电池的电压测量。
采用凌力尔特专有的二线式 isoSPI™ 接口，可通过长距离实现多个 LTC6804 的互连和同时运作。集成在每个 LTC6804 中的 isoSPI 接口能在传输速率高达 1Mbps 和接线长度达 100 米 (仅采用双绞线) 的情况下提供很高的 RF 抗噪声能力。有两种可用的通信选项：对
于 LTC6804-1，多个器件采用菊链式连接，一个主处理器贯通所有器件；对于 LTC6804-2，多个器件并联连接至主处理器，并对每个器件进行个别寻址。
LTC6804 设计用于最大限度地减少功耗，特别是在不能接受电池漏电的长期贮存过程中。在睡眠模式中，LTC6804 从电池消耗的电流不到 4μA，而且，由于可以单独地将电源引脚断接，因此能够把电池电流减小至 1μA 以下。
该器件提供了通用型 I/O 引脚，用于监视诸如电流和温度等模拟信号，并可同时捕获电池电压测量结果。其他特点包括可利用一个计时周期长达 2 小时的可编程平衡定时器对每节电池进行被动电荷平衡，即使当 LTC6804 处于睡眠模式时也不例外。另外，LTC6804 还能与外部 I2C 器件 (比如：温度传感器、ADC、DAC 或 EEPROM) 相连接。可采用局部 EEPROM 来存储用于使能模块化系统的串行化和校准数据。
LTC6804 福州人造板厂是专为超越汽车和工业应用环境、可靠性、以及安全性的要求而设计。LTC6804 全面规格在 -40°C 至 125°C 的工作温度范围。其针对符合 ISO 26262 (ASIL) 标准的系统进行了设计，一组完整的自测试可确保不存在潜在的故障情况。为此，LTC6804 内置了一个备用电压基准、大量的逻辑测试电路、导线开路检测功能、一个看门狗定时器和串行接
口上的包误差检验功能。
LTC6804 要点 o 可测量 12 节电池 (锂离子、NiMH、超级电容器) 的电压 o 可堆叠以满足非常高电压系统的需要 o 业界领先的准确度： 0.04% 误差 (最大值) o 16 位分辨率 o 在 290μs 内完成所有电池电写给每一个自己压测量 o 苏霍姆林斯基的教育思想内置 isoSPI 接口： o 采用单根双绞线 o 1Mb 隔离式串行通信 o 传输距离长达 100 米 o 同步的电压和电流测量 o 主动和被动电池电荷平衡控制 o 4μA 睡眠模式电源电流 o 通用型 I/O o 安全与可靠性特性 o SSOP48 封装 | o 全面规格在 -40°C 至 125°C o 包括全面的自测试功能 o 针对符合 ISO 26262 系统进行设计 o 可耐受高达 75V |
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业界领先的测量准确度
锂离子电池通常具有平坦的放电曲线，其中每 1% 的 SOC 变化可能仅表现为数 mV的电压差异。因此，电池电压测量误差将直接转化为对可用 SOC 工作范围的限制。在如今每千瓦时 (kWh) 600 美元的典型电池储能成本下，一个常用的 16kWh 电池组在一辆电动汽车的成本中占到了相当大的一部分，因而强烈要求实现尽可能高的测量准确度。LTC6804 凭借业界领先的电池测量准确度满足了这一要求。
在当今的电池监视 IC 中，由电压基准所造成的电池测量误差通常是最大的。误差源来自初始准确度、温度漂移、热迟滞和长期漂移。迟滞指的是热循环时在基准中引起的一个偏移电压。最有影响的热事件发生在焊接过程中。
电池监视器的电流产生依赖于带隙电压基准。在过去的 10 年里，带隙基准因其低功耗、低压差电压和小尺寸而得到了广泛的使用。然而，带隙基准电压对于机械应力很敏感。在集成电路中，机械应力是由塑料封装和铜引线框架的膨胀和收缩 (因机械应变、湿度和温度变化所致) 而引起的。例如：在 PCB 装配过程中，电子电路将遭受来自焊接工艺处理的多次热冲击，而电压基准则会经历热迟滞。
利用一个掩埋式齐纳电压基准 (类似于高精度仪表中所使用的那种基准)，LTC6804 可在整个时间、温度和工作条件下保持精度。我们的测试结果表明：与同类竞争器件 (包括我们的 LTC6802 和 LTC6803) 相比，LTC6804 的热迟滞性能至少改善了 5 倍。
LTC6804 测量误差与温度的关系曲线 | 掩埋式齐纳技术：高精度仪表的最佳选择 o 低温度漂移、高温运作 ⇨ 3ppm/°C o 低热迟滞或组栾茂田装漂移 ⇨ 100ppm (经过 260°C 焊接之后) o 卓越的长期稳定性 (工作15 年)： ⇨ 25ppm/√khr |
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增量累加 (ΔΣ) 型 ADC 的优势
LTC6804 的准确度还得到了双通道 16 位 ADC 的带动。凭借 100μV 的分辨率，LTC6804 能在 290μs 的时间里完成系统中所有电池的电压测量。另外，还提供了用于测量外部模拟信号的通用 I/O 信号。规定的测量范围为 0V 至 5V，因而可适应多种电池化学组成，包括
锂离子、镍氢 (NiMH) 和超级电容器。
电池组测量电子电路放水器的设计必需在其将要投入使用的汽车或高功率系统环境中进行。此类系统通常会产生源自逆变器、执行器、开关、继电器等的显着电噪声和瞬变。这种噪声必须通过前置滤波、ADC 滤波或后处理滤波来消除。在每节电池的输入端上布设一个 RC 滤波器是降低某些噪声的简单和有效方法，但对于降低大多数电池系统中普遍存在的噪声则是远远不够的。关于 RC 滤波存在一种权衡取舍 ── 输入电阻会在监视器输入端上产生 IR 误差，而且还会显着减缓所关心信号的速度。例如：为了让一个 RC 在 10kHz 上提供显着的衰减，需要一个位于 160Hz 或更低频率的滚降。在每个通道上增设有源滤波既昂贵也不现实。对于需要从一长串串联电池下载大量样本的大型电池组来说，实施后置处理一般是不切实际的。作为一种折衷的办法，可在电池监视器内部进行样本平均处理；不过，这仅提供了中等的滤波量。
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