混合动力电动汽车的电池管理架构分析

凌力尔特公司(Linear)已经推出一款使电池系统设计工程师能够满足这些苛刻要求的器件。LTC6802是一个电池组监视器IC，能测量多达12个叠置电池的电压。LTC6802还有内部开关，使电池可以单独放电，以便它们能与电池组中的其它电池进入平衡状态。

为说明电池组架构，考虑一个具有96个锂离子电池的系统。这将需要8个LTC6802来监视整个电池组，其中每个器件工作在不同的电压。当采用4.2V锂离子电池时，底端监视器件将跨接在12个电池上,电位调节范围为0~50.4V，下一组电池的电压范围为50.4V到100.8V，顺着电池组依此类推。这些器件之间在不同的电压上进行通信带来了难以克服的挑战。人们已经考虑过多种方法，但由于汽车制造商优先考虑的重点不同，每种方法都有优点和缺点。

表：电池监视架构比较。

电池监视要求

在电池监视系统架构之间作抉择时，至少有5个需要平衡的主要要求。它们的相对重要性取决于最终客户的需求和期望。
1. 准确性。为了利用可能的最大电池容量，电池监视器需要准确。不过，汽车是一种噪声系统，在很大的频率范围内存在电磁干扰。任何的准确性降低都会对电池组寿命和性能造成有害影响。
2. 可靠性。不管采用何种电源，汽车制造商必须满足极高的可靠性标准。此外，高能量容量以及有些电池技术潜在的不稳定本性是人们担心的主要安全问题。相对于严重的电池故障，在保守性条件下执行关断操作的故障安全系统更加可取，尽管它有可能使乘客不幸滞留。因此，必须仔细监视和控制电池系统，以在系统中确保对整个电池寿命期的全面控制。为最大限度减少假的和真的故障，一个良好设计的电池组系统必须有鲁棒的通信，最大限度减少故障模式以及故障检测。
3. 可制造性。现代的汽车已包含大量采用复杂布线线束的电子产品。就汽车制造而言，增加复杂的电子电路和配线以支持电动汽车/混合动力电动汽车电池系统会使复杂性更高。总的组件和连接数量必须尽量地少以满足严格的尺寸和重量限制，并确保大批量生产是切实可行的。
4. 成本。复杂的电子控制系统可能很昂贵，最大限度减少如微控制器、接口控制器、电流隔离器和晶振等成本相对高昂的元件数量可大大降低系统的总成本。
5. 功率。电池监视器本身也是电池的负载，其较低的工作电流可提高系统效率，较低的备用电流可在汽车熄火后防止电池过度放电。

电池监视架构

图1至图4给出了4种电池监视系统架构。假设一个由96个电池组成的系统以12个电池为一组分成8组，表中对这种情况下的每种架构的优点和缺点进行了总结。在每种情况下，一个LTC6802监视一个由12个电池组成的电池组。每种架构都设计为一个自主的电池监视系统，都提供到汽车主CAN总线的CAN总线接口，且与汽车的其余部分是电流隔离的。

1．并行独立CAN模块(如图1)

每个由12个电池组成的模块都含有一个电路板，板上有LTC6802、微控制器、CAN接口和电流隔离变压器。系统所需的大量电池监视数据会使汽车的主CAN总线崩溃，因此这些CAN模块需要在局域CAN子网上。CAN子网由主控制器协调，该控制器还提供至汽车主CAN总线的网关。

2．具CAN网关的并行模块(如图2)

每个由12个电池组成的模块都含有一个电路板，板上有LTC6802和数字隔离器。这些模块与控制器电路板有独立的接口连接，控制器电路板上含有微控制器、CAN接口和电流隔离变压器。微控制器协调这些模块并提供到汽车主CAN总线的网关。

3．具CAN网关的单个监视模块(图3)

在这种配置中，由12个电池组成的模块内部没有监视和控制电路，而是在单个电路板上有8个LTC6802监视器IC，每个IC都连接到其电池模块。LTC6802器件通过非隔离SPI兼容串行接口通信。单个微控制器通过SPI兼容串行接口控制全部电池组监视器，并充当到汽车主CAN总线的网关。这些再加上CAN收发器和电流隔离变压器就形成了完整的电池监视系统。