为混合动力/电动汽车开发的单片高电压电池组

汽车达人

今天很多混合动力或电动汽车正在广泛采用的镍氢(NiMH)电池组将很快被锂离子电池组所取代，因为后者的能量密度几乎是前者的两倍。然而，为了使锂离子电池组在数千次的充放电过程中保持高可靠性、安全性和长寿命，必须精密地监控每节锂电池的充放电状态，因为锂离子电池的性能取决于电池温度和老化程度、电池充电和放电速率、以及充电状态。给锂电池充电到100%或完全放电将迅速使其容量发生劣化，因此锂电池充电状态一般应控制在20%~90%的范围之内。

为了尽可能地降低IR损耗，锂离子电池组在提供相同输出功率的前提下应采用串接的办法来实现最高电压和最低电流。一般来说，加速一辆汽车需要数百伏的电压，因此电动汽车需要由几百节锂电池组成的电池组。

同时克服高压电池组的挑战和锂电池的细微差别是一个非常复杂的问题，锂离子电池组不能像单节锂电池那样充电和放电，因为每节锂电池需要的放电量或充电量是不一样，而如果每节锂电池的充电状态不是周期性均等或平衡的，那么某些电池最终将进入深度放电状态，从而导致损坏，并最终形成电池组故障。

因此，一个电池组控制系统必须仔细监视和控制每节锂电池的状态。这个问题可以划分成两个独立的任务：控制任务和数据采集任务。控制任务涉及为电池组中的每节电池设计面向特定应用的充电和放电算法和方法。数据采集任务的关键是电池组接口，这一接口必须快速和准确地沿着高压电池组测量每一节电池的电压，这就需要具备从一个0V到高于1,000V的共模电压中抽取一个小幅差分电压的能力。这是一个很大的难题，需要结合采用一些高性能模拟器件才能做到。目前业内大都采用几十个分立器件来实现，而凌力尔特(Linear)公司现在已经可以应用其模拟专长开发出可克服这些挑战的单片高电压电池组。



凌力尔特最新多节电池监视芯片LTC6802能够测量多达12个单独的电池。

这一高度集成的多节电池监视芯片LTC6802能够测量多达12个单独的电池。利用独一无二的电平移位串行接口，多个LTC6802芯片能够在无光耦合器或隔离器情况下串接起来，从而允许对几百节串接起来的电池组中的每节电池进行精确的电压。

LTC6802 是为克服汽车和工业应用的恶劣环境和可靠性挑战而设计的，它保证能在-40~+85℃的温度范围内可靠工作，最大总测量误差在整个工作温度范围内保证小于 0.25%，而且电池组中每节电池的电压测量都可以在13ms之内完成。对每节电池均进行了欠压和过压条件监视，并提供了一个相关联的MOSFET开关，用于对过充电电池进行放电。每个LTC6802通过一个1MHz串行接口进行通信，并包括温度传感器输入、GPIO线和一个精度达到10ppm/℃的电压基准。

LTC6802包含一个片上温度传感器，它可用来检测控制PCB板的温度，以防止LTC6802的工作温度超出标称范围。它还可提供自诊断和故障检测功能。LTC6802是一款采用小外形8×12mm表面贴装型封装的器件。坚固性、卓越精度和纤巧型封装的结合恰好满足了新兴和先进电池技术的关键要求。

LTC6802的主要性能包括：
1. 0.25%的最大总测量误差(从-40~85℃)；
2. 可堆叠式架构实现了1,000V+系统；
3. 具固有FIR滤波处理电路的ΔΣ ADC；
4. 具数据包误差检验功能的1MHz串行接口；
5. 用于电池放电的片上FET；
6. 温度传感器输入；
7. 内置精准3V基准和5V稳压器；
8. 自我诊断和故障检测；
9. 符合AEC-Q100标准；
10. 采用44引脚SSOP封装；
11. -40~85℃的工作温度范围。