假定你接受了一項任務，為一個新的和基于電池的電源系統設計監視器電路，那么你會采取什么策略來優化該設計的成本和可制造性呢?最初考慮的問題將是確定系統的首選結構以及電池和有關電子組件的位置。基本結構清楚以后，接下來非得考慮的一個問題是，電路拓撲的權衡協調問題，例如，如何優化最終產品的通信和互連。

電池的外形尺寸將對電源系統結構有重大影響。要使用大量小型電池以適合形狀復雜的電池模塊(或電池包)嗎?或者要使用外形尺寸很大的電池，因而由于重量問題而導致對電池數量的限制或引起其他的尺寸限制?這也許是設計變數最大的部分，因為外形新穎的電池不斷上市，而且人們也在不斷努力，務求電池模塊或電池包集成到產品中后，會與整個產品概念更加一致。例如，在汽車設計情況下，電池最終也許分散在車輛上的某些空間中，這些空間倘若不放電池，利用效率很低。

另一個考慮因素是，電池(或模塊化電池包)、電池管理系統(或其子系統)以及最終使用接口之間的探測信號和/或遙測信號的互連。在大多數情況下，可以做一個外殼，用來集成電池模塊或電池包中的某些數據采集電路，以便倘若要調換，那么加工ID、校準、使用規格等緊要信息能隨著可替換組件帶走。這類信息對電池管理系統(bMS)或維修設備可能有用，而且最大限度地減少了線束中所需的高壓額定值導線的數量。

接下來，就給定的機械概念設計而言，監視硬件拓撲由精確含義的、所需支持的電池數量決定。在汽車使用中，一般情況下總共會有100個以上的電池測量點，而且系統的模塊化將決定一個給定的電路系統測量多少個電池。最常見的情況是，以安全斷接“維修插頭”方式，將所有電池分成至少兩個子組。通過在故障情況下保持電壓低于200V，這種辦法最大限度地降低了維修人員可能遇到的觸電危險。外形尺寸較大的電池包意味著，要采用兩套隔離的數據采集系統，每套也許支持50個電池分接頭。在有些情況下，所有電子組件都在一個經濟實惠的印刷電路板上，但是這要大量互連，如圖1(a)所示。或者，電子組件也可以分散放置，更加緊密地集成在電池模塊中，但是這要采用遙測鏈接辦法。為了實現可靠的數據完整性，內置于汽車線束中的遠端測量功能電路非得采用一種堅固型協議，例如廣泛使用的CAN總線。盡管真正的CAN總線接口涉及幾個網絡層，但是可以很方便地采用pHY層構成bMSLAN結構，以高效率地進行模塊內的通信。這類分布式結構如圖1(b)所示。該拓撲準許在幾個小型解決器之間分配計算工作量，從而降低所需的數據傳輸速率，并減輕LAN辦法可能引起的EMI問題。最終的bMS使用接口很可能是至一個主系統管理解決器的CAN總線接線，而且將要含義(或在一開始規定)特定的信息事務解決。

其他因素也可能對物理結構和監視電路造成影響。就鋰離子電池而言，要電池容量平衡，從而導致了額外的熱量管理問題(去除熱量)，而且倘若要有源平衡，還要電源轉換電路。溫度探頭經常分布在整個模塊之上，以供應一種將電壓讀數與充電狀態關聯起來的辦法，因而要一些支持電路和連接辦法。設計時一個經常忽視的考慮因素是，當產品安裝之前閑置或儲存在貨架上時，電池的電量泄漏應當是最低的。在有些情況下，額外的控制配線是必要的。

在上面實現的這些結構中，都有一個常見的測量功能構件，該構件包括一個多通道ADC、安全隔離勢壘和某種程度的本地解決能力。圖2電路顯示了一個實現數據采集功能的可擴展設計平臺。在這個圖中，實現功能的核心組件是凌力爾特的LTC6803電池包監視器IC，同時顯示的還有一個SpI數據隔離器和一些可選的特殊用途電路。該電路包括輸入濾波器和無源平衡功能，構成了一個完整的12節電池數據采集處理辦法。倘若要，這類電路可以簡單地復制，以支持更多電池測量辦法，同時共享主微控制器的本地SpI端口，該主微控制器反過來再供應外部CAN總線或其他LAN型數據鏈路所需。

圖2

與前一代監視器件相比LTC6803的緊要改進是，支持電源停機和/或單獨由電池包供電。當電源從V+引腳去掉時，電池加載將降至零(僅有nA級半導體泄漏)。工作電源可以由接通的電池包電壓供應，或從一個單獨的電源供應給V+，只要電壓始終至少與電池包相同高就行。為了實現簡單性，LTC6803還可以筆直從電池包獲取功率，在這種情況下，最低功率狀態(即備用)將僅消耗12uA電流。LTM2883數據隔離器通過一個內部隔離的DC-DC轉換器，從主解決器供電，因此該器件將自動與主解決器一起斷電。LTM2883的一個非常有用的功能是，它還能向隔離的電子組件(即電池端)供應很大和得自主機的功率。一個小型升壓電源功能組件(圖2中的LT3495-1)就是這樣驅動的，以獨立地給LTC6803供電，以便電池僅供應ADC測量輸入電流(即在有效轉換時均勻值200nA)。該電路具有絕對最低的寄生電池泄漏，同時消除了任何電池的工作電流失配，否則這種失配可能逐步導致電池容量失衡。

LTC6803的一個方便的功能是，有兩個自由的、準確度與電池輸入類似的ADC輸入。這種方便的功能準許用很少的額外電路進行輔助測量，包括溫度、校準信號或負載電流測量。一種尤其有用的測量是，用一個門控電阻分壓器測量整個電池包的電壓，實現辦法如圖2所示(采用12:1的比例，連接到VTEMp1輸入)。當電路斷電時，相關的FET斷開，這樣對電流的測量就不會不必要地加重電池的負擔。既然該端口的濾波可以獨立于電池輸入來定制，那么為了實現精確的充電電流計算所需的、真正高達200sps的奈奎斯特(Nyquist)采樣率是可能的。可以利用對單個電池測量來周期性地對整個電池包的分壓器供應軟件校準，這樣就不要價格昂貴的電阻器了。輔助輸入的另一個非常有用的用法是，測量準確度很高的校準電源(諸如凌力爾特的LT6655-3.3，一個準確度為0.025%的基準)，在這種用法中，準許軟件憑借通道至通道的固有匹配，校正其他所有通道。請留意，熱敏電阻器的溫度探頭不必以電池的電位為基準，這些探頭一般也不要12位的辨別率。這類探頭通常適用于筆直與微控制器連接，從而留出高性能LTC6803的輔助輸入，以實現要求更加苛刻的功能。

總之，在電池管理系統電路中要考慮的因素有很多，特別是那些決定封裝限制的因素。當封裝設計思想匯聚在一起時，考慮一下也有可能出現機械影響的電子線路與信息流的結構(例如：連接器化和導線數目)同樣也是很緊要。一旦權衡過這些因素而且封裝設計思想成熟之后，只需筆直插入一款采用LTC6803平臺，一個聲名卓著、可擴展和具成本效益的數據采集處理辦法便大功告成了。