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） 內部的通信而言，常見的選擇包括串行外圍接口 （SPI） 總線和內置集成電路 （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。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。