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电动轿车逐步成为近年来的一个热门话题。这种”绿色”轿车依托串联电池组来取得足够高的电压，然后有用驱动电机。全电动轿车 (EV) 和混合动力轿车 (HEV)均选用这种高压 (HV) 电池组。HEV 依托内燃机 (ICE) 充电，并且在许多情况下，内燃机也会供给动力。EV 则有必要刺进电源中充电，有些新式混合动力规划称为“插电式混合动力轿车”(PHEV)，它基本上可视为一种 EV，但配有内燃机以延伸行进路程.
高压电池组已广泛用于许多工业和交通运输业以外的范畴，一般可用作：以直流办法贮存输电网电能的不间断电源 (UPS)；48-V 通讯设备中的应急直流电源；起重机和电梯体系中的应急电源；以及紧迫情况下驱动风力涡轮机的叶片。尽管本文评论轿车中电池组的运用，但一些根本问题在一切类型电池组中都会存在。
交通运输运用中的电池组一般含有 100 块乃至更多的电池，可供给数百伏电压。一般公认50 V 或60 V 以上的电压能够丧命，而或许导致电子设备损坏的电压则更低（考虑运用某些类型电化学反响的电池安稳性），因而安全问题至关重要。尽管这些电池组自身具有危险性，但依然有必要与电池壳内的电池监控电子设备通讯。因而，通讯办法有必要安全牢靠。
高压电池组中的电池结构
原始设备制作商一般要求将电池装到维护壳中，称为”电池包”，一般含有 6 到 24 块串联电池。含有较多电池的电池包体积更大，也不易放入典型的轿车空间中。相关的电池监控集成电路接近受监控的电池，并由电池自身供电。是否有必要监控各电池的电压，取决于电池的化学原理。例如，咱们十分了解根据镍氢 (NiMH) 化学原理的高压电池组功用，因而一般无需丈量各电池电压，只需丈量特定电池包内一切电池的总电压即可。而根据锂离子(Li-Ion) 化学原理的电池组，则必需监控各电池的电压，以便检测电池串中的任一电池有无发作过压或欠压情况。一般不用丈量各锂离子电池的温度，但应供给相关丈量功用。因而，镍氢电池组的监控电子设备比锂离子电池组的监控电子设备简略得多。图1 显现一种构建和监控高压电池组的常用办法。
电池监控器 IC 一般处理 6 块或 12 块电池。现在，ADI 公司供给两种专用特别用处 (ASSP) 产品用于电池监控： AD72801 根据高速多路复用 12位模数转换器，首要用作主监控器；另一种器材根据一系列窗口比较器，用作备用或冗余监控器。本文不会深化评论这些产品，但仍需阐明这些器材在电池组装备中怎么通讯。每个电池为上方电池的丈量输入建立共模电平。菊花链接口答应电池组的各AD7280 直接与其上或其下的AD7280通讯（然后沿着堆叠上下传递数字信息），而无需阻隔。最底部AD7280 的SPI 接口用来与体系微操控器交流整个电池组的数据和操控信号。此处有必要选用高压电流阻隔，以维护体系中的其它低压电子器材。
图 1 中，串联电池串的中心有一个开关或接触器。一般情况下，不管轿车正常行进仍是泊车，该开关一直闭合。车辆修理时或紧迫情况下，需将该开关摆开或脱离所在位置，制止电池组端电极呈现电池组电压。为了不影响开关断开所供给的阻隔功用，有必要保证没有任何电子器材桥接开关端子。因而，开关断开时，电池组的上半部分应与下半部分应坚持电气阻隔。这意味着，电池组上半部分的电池数据有必要经过其最底部的电池监控器通讯，跨过阻隔栅，传输至办理整个电池组数据流入流出的微处理器或微操控器。类似地，电池组下半部分也有必要与此微处理器或微操控器阻隔，因而也有与上半部分相同的阻隔栅。
除电池监控器外，电池组中还有一个电流监控器，用来丈量并陈述电池组的电流。该监控器一般放在电池组底部，也需求考虑阻隔。霍尔效应电流传感器自身具有电流阻隔功用，无需再装备阻隔电路。不过，假如该电流传感器选用分流元件，则相关的分流监控电路需求独自的阻隔栅。运用分流办法检测电流越来越受欢迎，它比霍尔效应检测更安稳、更准确，并且价格也更有竞争力。运用低值分流电阻和低本钱、高分辨率监控电子器材（例如经过AEC-Q100 认证的AD820x 和AD821x 系列 分流监控器, 至今针对轿车插座的出货量已超越1 亿片），能够将自发热降至极小，使这种办法的传统坏处不复存在。因而，除非电流检测监控器能够接入最底部的电池监控器，共用其阻隔栅，不然图 1 中的体系需求三个独立的阻隔栅。另一种颇受欢迎的构建电池组办法是将电池包分为一系列电气独立的电池群组（图 2）。每个电池群组最底部的监控器跨过专用阻隔栅，将本地电池情况回传给非阻隔端的微操控器.
另一种颇受欢迎的构建电池组办法是将电池包分为一系列电气独立的电池群组（图 2）。每个电池群组最底部的监控器跨过专用阻隔栅，将本地电池情况回传给非阻隔端的微操控器。
这种办法会运用更多的数字阻隔器，因而本钱比图1 所示体系更高，但它能够一起要求一切电池群组陈述电池组内电池监控器所监测到的信息，然后能在更短的时刻内回读一切电池数据。另一个优点是，当菊花链发作问题时，如断线或连接器接触不良等，备用监控器能够持续监控。将剩下电池包电压与总电池组电压进行相关剖析，依然能够确认停止工作电池包的数据。
这种办法确实需求更多电缆，因为高达 75% 的电磁兼容性(EMC) 问题与输入/输出(I/O) 端口有关，因而这或许会引发问题。I/O 端口是一种开放式通路，供静电放电电荷、快速瞬变放电电荷或浪涌进入一台设备，以及供搅扰信号逃逸——经过传导I/O 线路上的杂散信号，或许经过I/O 电缆的辐射。电池组电缆较多的话，若不特别注意信号的安稳性以及所选的通讯协议，其 EMC 功用会大幅下降。因而，与端口相连的 I/O 设备的 EMC 功用关于整台设备的EMC 功用至关重要
颇受欢迎的SPI通讯协议合适同一印刷电路板 (PCB) 上的器材之间通讯，但单端信号或许难以经由 24 至36 英寸电线完成牢靠传输，尤其在高噪声环境中。假如数字信号要在板外传输，则慎重起见，体系规划中或许需运用差分收发器，例如 ADM485. 这些收发器能够选用低端电源供电，无需直接耗用电池组中的电池电源。
阻隔技能是电池组通讯的要害
为了进步电池组电压，以便满意重型私家车以及轻型卡车、卡车的更高功率电机需求，有必要添加电池组中的电池数量。除了添加串联电池数量之外，现在的许多电池包还含有并联电池串，意图是进步整个电池包的安培小时(AH)容量。有必要监控各并联电池串，因而需求搜集很多数据。与一切这些电池相关的电池监控器数据，有必要在体系集成商设定的体系环路时刻要求规模内，牢靠地回传给电池丈量体系(BMS) 微操控器。
因而，跨过体系间鸿沟供给牢靠数据通讯的难度也随之添加。取得轿车运用认证的阻隔技能，正是跨过典型电池组内如此很多的阻隔鸿沟完成牢靠通讯的要害因素，ADI 公司就能够供给这种技能。该技能的根底是”磁阻隔”，变压器则选用高性价比规范 CMOS 工艺以平面办法制作（参见图3）。这有利于将多个阻隔通道集成到单个器材中，或许将阻隔通道与其它半导体功用，如线路驱动器和模数转换器等（例如阻隔Σ-Δ调制器AD7400 )集成于一体。
不像光耦合器，这些iCoupler®数字阻隔器的功用在轿车整个运用期限内都不会下降，能够习惯因时节改变经常会遇到的恶劣工作条件。表1 所列为最近发布的系列器材，这些器材已经过 AEC-Q100认证，工作温度最高可达 125°C，所用资料与ADI 公司iCoupler 系列产品中广泛认可的对应器材相同，至今该系列出货量已超越3 亿片。表中双通道、3 通道和 4 通道数字阻隔器系列的数据速率最高可达25 Mbps，传达推迟低至32 ns。
表 1. 经过AEC Q100 认证的 iCoupler阻隔器
电源电压规模(V)3.5 to 5.5 V; 最大温度(°C) 125°C
| 产品型号 | 总通道数 | 反向选项 | 最大数据 速率 | 最大传达 推迟 (ns) | 输出 | 封装 | ||||
| 默许 | EN | |||||||||
| 0 | 1 | 2 | H | L | Z | |||||
| ADuM120xA/WS | 2 | • | • | – | 1 | 150 | • | – | – | 8 引脚SOIC_N |
| ADuM120xB/WT | • | • | – | 10 | 50 | • | – | – | 8 引脚SOIC_N | |
| ADuM120xC/WU | • | • | – | 25 | 45 | • | – | – | 8 引脚SOIC_N | |
| ADuM130xA/WS | 3 | • | • | – | 1 | 100 | • | – | • | 16 引脚SOIC_W |
| ADuM130xB/WT | • | • | – | 1 | 32 | • | – | • | 16 引脚SOIC_W | |
| ADuM140xA/WS |
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