圖4：L9763 ASIC包含有用于測量Volt電池組的電壓和電流以及通過無源電阻電池平衡技術(shù)平衡這些電池中電量的片上電路。(意法微電子公司提供)

根據(jù)這些測量結(jié)果，L9763的片上電路會將個別電池組切換到外部電阻網(wǎng)絡(luò)，以便有選擇性地給電池放電，從而減小由于大的電壓差異引起的應(yīng)力。這種簡單的無源技術(shù)為電池平衡提供了簡單、低成本的解決方案，但損失了效率，因?yàn)槟芰孔兂闪朔烹婋娮枭系臒崃慷鴵p失掉了(圖5)。替代性的電池平衡技術(shù)是使用有源方法，將最高電壓電池的電量存儲起來，并重新分配給最低的電池。這種技術(shù)需要在每節(jié)電池之間順序切換，并使用電容、電感或變壓器來儲存或重新分配電量。雖然有源方法與無源方法相比具有節(jié)省能量的優(yōu)勢，但增加了系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。
 

 
圖5：無源電池平衡技術(shù)(左)將高電壓電池切換到放電電阻；有源電池平衡技術(shù)可以依次累積電量到電容上(右)或電感上，或者使用變壓器將電量分配給低電壓電池。(意法微電子提供)。

為了給多單元鋰離子電池組充電或放電，設(shè)計(jì)一般使用恒流或恒壓方法，此時充電系統(tǒng)將使用一對MOSFET在達(dá)到想要的充電電壓時降低充電電流，或在放電操作中增加電流。L9763提供充電泵驅(qū)動功率MOSFET器件。L9763會將所監(jiān)視的鋰離子電池的測量數(shù)據(jù)通過SPI接口傳送給飛思卡爾的S9S08DZ32 MCU。L9763還向MCU提供5V LDO輸出。針對總的電池管理功能，各個L9763器件是通過片上接口鏈接的，并由主控制單元通過垂直菊花鏈通信進(jìn)行單獨(dú)尋址。

檢測電路MCU

如上所述，鋰離子電池的SOC估計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，需要足夠強(qiáng)大的處理能力。在這個設(shè)計(jì)中，每個檢測子系統(tǒng)都有一個L9763 ASIC和一個飛思卡爾的S9S08DZ32 40-MHz HCS08 MCU，該MCU集成有32kB閃存、2kB RAM和1kB E2PROM。外部4MHz振蕩器為MCU時鐘工作提供參考頻率。

在通用汽車－LG Chem設(shè)計(jì)中，MCU需要執(zhí)行根據(jù)L9763提供的電壓和電流測量數(shù)據(jù)估計(jì)SOC所需的運(yùn)算。雖然SOC算法是專有算法，但硬件配置和維護(hù)程序建議這些估計(jì)算法能將使用存儲的電池表征數(shù)據(jù)進(jìn)行的電壓驅(qū)動估計(jì)與在充電過程中用于臨時重新校準(zhǔn)的更直接電量測量結(jié)合起來。由IBM描述的詳細(xì)系統(tǒng)建模環(huán)境的使用提供了一個理想的平臺，有助于為優(yōu)化SOC計(jì)算找到合適的數(shù)據(jù)集，也有助于在廣泛采樣的工作條件下對方法進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)。

HCS08的安全功能，比如計(jì)算機(jī)工作正常看門狗定時器，有助于確保可靠的工作，并在發(fā)生不可恢復(fù)的應(yīng)用軟件故障時自動產(chǎn)生復(fù)位信號。在這種應(yīng)用中特別重要的是，S9S08DZ32內(nèi)部有個復(fù)雜的片上CAN控制器，當(dāng)不在使用時可以有選擇性地?cái)嚯娀蜻M(jìn)入休眠模式(圖6)。為了幫助確保可預(yù)測的實(shí)時性能，片上控制器集成了5個接收緩存并組成了一個FIFO緩沖器，還有3個發(fā)送緩存，允許區(qū)分輸出消息的優(yōu)先次序。
 

 
圖6：片載CAN控制器是選用飛思卡爾S9S08DZ32 MCU搭建電池接口控制模塊檢測子系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。(飛兆半導(dǎo)體提供)