LinearTechnology 的資深科學家 Jim Williams 開發(fā)了一種新穎的電路，該電路使用小型、廉價的變壓器，他詢問每個電池的電壓該電路性能良好，但變壓器增加了成本，并且可能由于振動而失效。

電池組監(jiān)視器 IC 制造商通過在電池組電壓下浮動芯片來避免共模問題。他們將模擬測量值轉換為數(shù)字值，然后將這些數(shù)字位傳遞到其他芯片的菊花鏈中。此步驟從系統(tǒng)中移除電阻衰減器，并消除測量中的任何共模衰減誤差。

將測量芯片置于菊花鏈中有助于滿足另一個重要要求。它需要一個電流隔離器而不是多個。幾十年前，工程師會嘗試通過隔離柵傳輸模擬電壓。電池組監(jiān)控芯片的架構揭示了一種現(xiàn)代趨勢。您測量模擬電壓，然后將該電壓轉換為數(shù)字位?？珉娏鞲綦x邊界傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的方法有很多。您可以使用光耦合器、電容隔離器、變壓器隔離器、射頻隔離器，甚至磁致伸縮隔離器。如果您跨邊界發(fā)送模擬電壓電平，則可以使用 delta-sigma 調制器，例如 Avago 的調制器。

一旦確保準確測量并解決了共模問題，就必須確保滿足設計的電源要求。電池組本身為大多數(shù)電池監(jiān)控器 IC 供電，這意味著除非您正在充電，否則電池電量會耗盡。同樣重要的是，每個芯片必須具有相同的功耗，這樣一個芯片就不會因消耗比其相鄰芯片更多的功率而使一組電池失衡。您還可以提供來自電池或外部電源的隔離電源，就像 AnalogDevices 在其監(jiān)控芯片上所做的那樣。因此，監(jiān)控電路不會耗盡推進電池。

設計測量系統(tǒng)后，您必須通過通信鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)。一些制造商將簡單的本地串行協(xié)議(例如 SPI(串行外設接口))轉換為高級協(xié)議，例如 CAN(控制器局域網(wǎng))總線。數(shù)十年的使用已經(jīng)確立了汽車中 CAN 通信的可靠性。

測量系統(tǒng)的這些考慮只是基本要求。為了滿足汽車制造商的可靠性和責任問題，您必須測量電池中的每個電池。為了最大限度地減少所需的測量轉換器數(shù)量，大多數(shù) IC 制造商在其電池組監(jiān)控芯片上使用高壓、故障保護多路復用器，使芯片能夠準確測量 4 到 12 節(jié)電池，然后通過串行總線將測量結果傳送到菊花鏈中的下一個芯片。

當裝配工人或機械師使用熱插拔更換將測量電路連接到電池時，會出現(xiàn)另一個主要的可靠性問題。這種方法不能保證工人將首先連接哪個電池。任何單元的感應線的任意連接都可以將大電流注入硅片。根據(jù) Maxim 的 LaJeunesse 的說法，芯片還必須具有堅固的結，他指出芯片不需要介電隔離工藝?！癉MOS 和 CMOS 可以完成工作，但你必須知道如何偏置電路元件以及如何在內(nèi)部設置晶體管阱和柵極，”他說。他建議 IC 設計人員使用保護環(huán)來治療熱載流子注入。

大多數(shù)制造商都提供外部和片上溫度傳感，使系統(tǒng)設計人員能夠測量環(huán)境溫度和電池溫度。然后，設計人員可以將這些溫度納入充電和安全算法?？煽啃詥栴}也促使汽車制造商要求完全冗余的測量系統(tǒng)。在這些設置中，一組菊花鏈芯片進行測量，另一組芯片使用比較器監(jiān)督測量設置最小和最大限制。Intersil 等制造商努力確保芯片到芯片的串行通信是無源的，因為如果一個芯片發(fā)生電氣故障，它仍然會通過菊花鏈中的所有其他芯片的通信。大多數(shù)電池組測量芯片還具有雙向串行通信功能，允許您使用系統(tǒng)的 BMU(電池管理單元)微控制器查詢芯片，以確保芯片已通電并正常工作。

除了這種系統(tǒng)級冗余之外，許多制造商還在他們的芯片中構建了冗余和自測。Intersil 汽車產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Kenneth Lenk 指出，芯片包括多個電壓基準。該公司還在其芯片中集成了隱藏的 DAC，用于校準和自檢，headds。

大多數(shù)制造商強調他們的設備具有無源通信鏈路。即使芯片出現(xiàn)故障，這些鏈接也將繼續(xù)工作。根據(jù) ADI 公司精密放大器產(chǎn)品線經(jīng)理 Sam Weinstein 的說法，制造商不僅要建立內(nèi)部冗余，而且還要確保冗余安全芯片正常工作。他指出，BIST(內(nèi)置自測)成本高昂，但對于滿足要求來說是必不可少的汽車行業(yè)的要求。

一個工程委員會正在努力將汽車電池組系統(tǒng)的故障保護和冗余特性正式化為 ISO(國際標準化組織)26262 標準，該組織預計將于今年發(fā)布。開發(fā)人員從工業(yè)機械標準中采用了這個標準，它將為電動汽車中的模擬、數(shù)字和軟件組件提供全面的指導方針。德州儀器、模擬設備、意法半導體和恩智浦等公司正在努力為這些關鍵任務提供模擬和數(shù)字硬件先進的動力總成模塊。