最新的混合动力汽车锂电池主动平衡快速充电技术
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混合动力电动型汽车电池中的电子组件是提高性能和安全性的关键。Linear最新的混合动力汽车锂电池主动平衡快速充电技术，使电池组设计师能进一步提高锂离子电池的性能，更高的测量准确度、更坚固的数据链路和电池容量的主动电荷平衡都帮助实现了更低的成本、更长的行驶周期和更快的充电。
典型的电池组方框图(图1)由几组串联连接的锂离子电池组成，它们的测量和平衡由高压模拟集成电路完成。这些模拟前端 (AFE) IC 执行艰难的测量每节电池电压、电流和温度的任务，并向控制电路传递数据。控制器运用电池数据计算电池组的电荷状态和健康状态。控制器可能命令前端 IC 给某些电池充电或放电，以在电池组内保持平衡的电荷状态。
更高的准确度意味着更低的成本
模拟前端IC的测量准确度对系统成本有直接影响。需要准确的测量以实现有用的电荷状态(SOC)计算。为了实现长寿命，电池组一般在20%至80%的SOC之间工作。如果在SOC计算中有5%的不确定性，那么电池组的尺寸就必须增大5%，这导致电池的成本显著增大。给一个16kW-hr电池组增加5%的容量，需要约360欧元(460美元)。改进SOC计算以实现1%的误差意味着，每个电池组能节省约300欧元(385美元)。
电池电压测量是SOC算法的关键要素。当测量3.3V LiFePO4(磷酸铁锂)电池时，IC电源和电池组开发人员都集中采用总测量误差1mV的规格。
对于诸如售价480欧元(615美元)的Fluke-289手持式万用表等实验室设备，测量3.3V至1mV以内的电压是司空见惯的。AFE IC必须以1/100的成本提供相同的性能，并在汽车环境中连续工作15个年。只有为数不多的IC技术能够实现这一目标。
真实世界中的准确度
什么样的IC技术最适合电池测量呢?答案可从图2(典型AFE IC的方框图)的误差分析获得。12个串接电池之一由多路复用器(MUX)模块来选择。通过闭合"S"开关把电池电压存储在一个电容器上。断开"S"开关，然后闭合"T"开关。电池两端的电压将转移至ADC。这种"飞跨电容器"方案消除了顶端电池33V的大共模电压，并保持了3.3V的差分电压。模数转换器(ADC)将电池电压与其电压基准进行比较，并产生一个与VCELL和VREF之比成比例的数字结果。AFE IC的基本限制来自电压基准
假如电压基准下降了1%，则所有的读数都将增加1%。电压基准是由某种物理量产生的，可以是反向偏置PN结的雪崩击穿(一个齐纳基准)、两个基极-发射极电压之差(一个带隙基准)、或一个电容器上存储的电荷(一个EPROM基准)。每个AFE IC在生产中都进行了微调，以使电压基准的初始值非常准确。不幸的是，视IC技术的不同而不同，电压基准可能随着时间、温度、湿度和印刷电路板(PCB)组装应力的不同而产生极大的变化。这导致一些IC厂商只提出"典型"准确度，而关于AFE IC在真实世界中会怎样表现则未提供指导。
要在严酷的汽车环境中运行，最佳技术是齐纳基准。数年来，凌力尔特新的LTC6804 AFE电池组监视器IC运用齐纳电压基准技术，以保持优于所需的准确度。LTC6804比前一代产品有显著改进，前一代产品依靠带隙电压基准。例如，考虑PCB组装所产生的应力。AFE IC在焊接过程中会遭受几种热冲击。在塑料封装和铜引线框架的膨胀和收缩过程中，芯片会经受机械应力。带隙基准的表现就像一个应变计，将机械应力转换成基准电压的变化。电压基准任何变化都会直接降低电池测量的准确度。PCB组件应力的影响示于图3，在热冲击之前和之后对10个AFE IC(3种类型)进行了测量。基准漂移以电池测量误差(单位是mV)来表示(假设采用的是一个3.3V电池)。新的隔离式数据链实现模块化电池组
电池组设计师受到激励开发模块化系统。16kW-hr的电池也许不便于放入汽车内的单个舱中。此外，为了经济的适用性和保修，8,000欧元(10,235美元)的电池组可以分成小的模块。而且，单个模块化电池组设计可以扩大或缩小，以满足很多不同汽车平台的需求。
倘若把一个大型电池组拆分成若干个较小的模块，则会使电气连接的设计变得复杂化。在电池模块和控制电路之间传输数据需要一个线束。线束将遭受严重的电磁干扰(EMI)。必须仔细注意数据通信硬件和软件。AFE IC领域的新发明可以极大地降低数据通信的成本，同时保护电池组免受EMI影响。
2012年生产具备模块化电池组的汽车一般采用结合的CAN(控制器局域网)通信和数字隔离器，如图4所示。CAN用两条导线提供坚固的通信。一个小型微处理器(MPU)将数据从CAN协议转换到AFE IC更简单的SPI或I2C协议。模块之间的隔离由一个数字隔离器IC提供，这有时需要一个隔离式电源。CAN收发器、MPU和隔离器IC合起来的成本大约为3.5欧元 (4.50美元)。主动电荷平衡加速充电并增大能量
所有串联连接电池都需要平衡。一节电池到另一节电池的自放电速率、电子负载和温度都不同。经过多充电和放电周期后，这些差别导致电池电荷状态出现不容忽视的不平衡。电荷不平衡会降低电池组容量。例如，如果一节电池的电量比其他电池多10%，这时给电池组加上充电电流，这节电池就会达到80%的充电状态限制，而其他电池则充电到70%。电池组中的可用电量减少了10%。被动平衡通过一个负载电阻器消耗单节电池的电量，对于在串联连接的电池组中平衡失配电池而言，这是成本最低和最简单的方式。大多数AFE IC都支持被动平衡。
被动平衡能效低且速度慢。典型的平衡电流范围为电池容量的1%至5%。要从一个40A-hr的电池消耗10%的电量，在I=400mA时需要10个小时，或者在I=2A时产生8W的热量。很多电池都可能需要平衡。就大容量电池组而言，被动平衡器产生的热量是不可接受的，而高效率、大电流主动电荷平衡器是惟一可行的解决方案。
主动电荷平衡不仅能以更低的热量加速充电，而且有助于恢复容量。电池随着老化容量会下降。由于电池组的温度变化率和电池制造差异，随着时间推移，电池会有不同程度的老化。电池甚至有可能在维修时被替换。在采用被动平衡方式时，电池组的容量由最薄弱的一节电池决定。平衡电池组并充电至80%。当最薄弱的电池达到20%时，电池组的放电就停止了。正确设计的主动电荷平衡系统将按照需要，高效率地在整个电池组中重新分配电荷，并基于平均容量的电池而不是最低容量的电池确保达到20%和80%状态。为了最大限度地延长电池组的运行时间，在电池组的充电和放电过程中，都必须对电池加以平衡。
LTC3300和LT858等的新IC将在汽车电池组中实现主动电荷平衡。LTC3300(图7)为满足大型电池系统的双向主动平衡需求而设计。
新的IC提高性能并降低成本
LTC6804等测量IC提供有保证的测量准确度和长期稳定性，因此电池组可从每节电池抽取最多能量。sioSPI等简单的隔离式两线通信方案最大限度地降低了组件成本，并提供抗电磁干扰能力。LTC3300和LT8584主动电荷平衡IC加速充电，并最大限度地提高电池容量。这些令人振奋的新IC是最先进和面向新一代 (混合)电动型汽车电池组的产品。