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在不久的将来，绿色能源便可能获致重大胜利。当大规模电能成为“可储存”和“可携式”能源时，能量效率将获得显著的改善，而且可再生能源的推动工作也将获得进展。可储存性和可移植性的结合，形成液体燃料的主要优势，而透过电池系统提供的电力，则拥有提供一种可行替代方案的潜力。电能可适合于几乎所有的耗能设备中，而且，电能几乎也可以从所有的可用能源来产生。核能、太阳能、风能、地热能和液体燃料 (汽油、柴油、乙醇、氢 … 等等) 都能够很容易地转换成电能。因此，与石油燃料相比，电力具有一项重大的优势，原因是可以利用最具成本效益的解决方案随时随地产生能量。
电能的标准化不仅可实现规模经济，同时更可免除局部燃料消耗所需的基础设施。优越的电能可储存性便于发电 (效率最高，且不是on demand的），例如：风力发电和太阳能发电未必与峰值功率需求模式相吻合，而可储存性则令该问题获得解决。优越的电能可移植性允许其作为汽车 (这是一个重大耗能来源) 的能源。随着时间的推移，其他倾向于使用绿色能源的应用肯定将得获益于此项技术。
电动汽车成为“绿色产品”的原因？
电动汽车为绿色革命提供发展良机的原因很多。例如，电动汽车以电力取代了燃油动力。电力能源的生成效率很高，而且如前文所述，它可以从几乎所有的能源来获得(注1)。此外，电动汽车的能源使用效率也高于燃油汽车。大多数汽车在运行时将经历一个“加速、减速和空转”的连续周期。相比之下，易变的负载 (比如：加速或减速) 更有利于电动马达 (而非燃油引擎)，因为它在低速条件下提供了高转矩。燃油引擎的工作效率只在一个很窄的速度/负载范围内达到最高，而且，为了满足峰值加速的需要，它必须是超大型的，用于把汽油能量转换为动能的合成引擎效率通常为 20%，而另一方面，电动马达在把电能转换为动能的过程中则实现了 90% 的典型效率。此外，电动马达还无须在停靠时因为空转而无谓地消耗能量，而且电动系统还具备透过再生制动来恢复机械能的潜力。通过电动汽车的典型能耗成本仅为 0.013 美元/英里(注2)这一事实，我们便能看出能量效率的整体改善情况。
不过，在现今市场上，纯电动汽车还不是一项可行的解决方案，原因是其行驶距离受限于车上所能储存的能量。目前常见的电池堆在充电8小时之后，能够让一辆电动汽车行驶100英里，而一个普通的汽车油箱则能为一辆标准汽车提供300英里的行驶距离，且只需几分钟的时间就能完成加油。如果想得到消费者的广泛接受，那么电动汽车必须延长行驶距离和/或缩短再充电时间。一项应运而生的解决方案，是“油电混合动力车”，它把燃油引擎和电动传动系统组合起来，以提供足够的行驶距离，同时仍然拥有绿色能源的大多数好处。油电混合动力车采用了一个车载燃油引擎（用于电池充电），并在需要的时候在最有效的速度/转矩范围内操作该引擎。
扩大绿色能源的应用领域
毫无疑问，电动汽车的成功将有助于其他应用中高性能电池系统找到属于自己的生存空间，从而推进其价格的下降和效能的提升。对于局部发电 (包括光电能或风力发电系统)，电池可以发挥至关重要的平衡作用，而且，当可以使用电力时，它还能充当备援电源系统。目前的电池系统相当昂贵而且庞大，且存在可靠性和安全方面的问题。下一代电池系统将提供较高的能量密度，旨在实现外形较小、价格较低、可靠性和安全性更高的解决方案。
由电池来提供有效的电能
对于高功率电池应用而言，锂电池可作为首选的化学电池，这主要是因为它具有高能量密度。当今的电动汽车和油电混合动力车采用的是镍氢电池，而转用锂离子电池将使能量储存密度提高 400%。然而，为了使锂离子电池在多达数千次的充放电回路过程中保持可靠，电池系统必须解决诸多技术难题。锂电池的性能，取决于电池温度和使用期限、电池充电和放电速率、以及充电状态 (SOC)。这些因素并不是独立的。例如：锂电池在放电时将产生热量，因而会增加放电电流。这有可能形成一种热失控状态并导致灾难性故障的发生。另外，把锂电池充电至 100% SOC 或放电至 0% SOC 将迅速降低其容量。因此，必须将锂电池的操作限制在某个 SOC 范围内 (比如：20%～80%)，此时的可用容量仅为规定容量的 60%。不仅如此，锂电池还具有平坦的放电曲线 (见图 1)，其中，1% 的 SOC 变化可能仅表现为几毫伏 的电压差异。为了充分利用电池的可用电压范围，电池系统必须非常准确地监视该电池电压 (它直接对应于 SOC)。
除了锂电池的敏感特性之外，把电池组合在一起的方法也是一项重要的考虑。如欲从一个电气系统 (比如：用于给车辆加速所需的电气系统) 来提供有效的功率，则需高达数百伏的电压。为深入理解，可考虑：在 1V 电压条件下传送 1kW 功率需要 1000A 电流；而在 100V 电压条件下传送 1kW 功率则仅需 10A 电流。系统布线和互联机中的固有电阻将转换成 IR 损耗，因此，设计师采用了切实可行的最高电压/最低电流。对于一个基于电池的系统 (此处，典型锂电池具有一个 4.2V 的充饱电电压)，必须采用串联的方式将许多电池连接成一长串。请记住：作为一长串电池的一部分，任何单个电池发生故障都将导致整个电池堆无法使用，而且在电池串中每添加一个电池都会提高此种风险。
采用锂电池来制作一个高电压电池堆的挑战并不容小觑。像对待单个电源那样来对一个锂离子电池堆进行充电和放电是行不通的。对于其中那些容量略小的电池而言，在经过多个充电和放电周期之后，其 SOC 将逐渐与其他电池产生偏差。如果不对每个电池的 SOC 进行周期性的均衡或平衡处理，则有些电池最后将发生过度充电或过度放电的现象，从而造成受损，并最终导致整个电池堆发生故障。因此，一个电池控制系统必须谨慎地管理每个电池。可以把这个问题划分为数据采集和控制两个方面。控制方面包括根据系统数据来对每个电池进行充电和放电的算法和方法。这在很大程度上取决于具体应用，而且常涉及受到严密保护的知识产权。数据撷取透过电池堆接口来完成，该接口必须沿着高电压电池堆快速而准确地一一测量每个电池的电压。这需要具备从一个0V～ 1000V以上 (当提升电池堆电压时) 的共模电压来抽取一个小差分电压的能力。这是一个棘手的难题，其需要把多种高性能模拟功能组合起来。
LTC6802
凌力尔特的 LTC6802 可处理大型电池堆的数据撷取任务，而且特别适合于锂电池。LTC6802 可与一个包括多达 12 个单独电池的电池串中的每个电池直接相连。透过运用一个独特的位准移位元串行接口，能够把多个 LTC6802 组件串级起来 (无需使用光耦合器或光隔离器)，以实现长串串级电池中每节电池的精准电压监视。当把多个 LTC6802 组件串联起来时，它们就能够同时运作，从而使得电池堆中所有电池的电压测量都能够快速而准确地完成。
电压测量准确度优于 99.75%，而且一个电池堆中所有电池的电压测量都能在13ms 的时间之内完成。对每节电池均进行了欠压和过压条件监视，并提供了一个相关的 MOSFET 开关，可被用来对过充电电池进行放电。每个 LTC6802 透过一个支持广播和编址命令的 1MHz 串行接口进行通信。另外，该组件还包含两个热敏电阻输入、两条 GPIO 线和一个 5V 稳压器。并针对充满挑战性的汽车环境进行特殊的考虑；LTC6802 专为在工业温度范围内运作而设计，并具有高 ESD、EMI 和噪声免疫力，以及内建诊断和自我测试功能。
这款高整合、高效能多颗电池监视 IC ，解决了当今先进电池系统所面临的诸多问题。由于可在整个工作温度范围内进行高精度的电压测量，因而使得电池能够在其整个可用 SOC 范围内使用，而且根本不用担心电池会超出这些限值。这种强固性将使得该组件能够在汽车环境中可靠地运作，再者，高整合度还可使电池系统满足严苛的成本、空间和可制造性约束条件。
结语
经过多年的努力和稳定发展后，不久，高能量电池系统就将能够满足人们日常使用的需要，尤其是作为电动汽车和油电混合动力车的一部分。该技术可望在全球范围内大幅度地提升能量效率，并将使人们更加重视替代能源。在实现这些目标之前，必须解决诸多层面的技术问题，以造就实用、经济和可靠的电池系统。凌力尔特的LTC6802，旨在解决主要问题之一，这款电池监视IC把数据撷取任务的处理电路整合在单个组件之中，而能支持非常长的电池串。凭借电动汽车和油电混合动力车的成功态势，成本效益型和高性能电池系统，将很快可实现众多的绿色技术。
注1：据CalCars (the California Car initiative) 的数据，利用电网电力来运行一部电动汽车的成本相当于支付0.75美元/加仑的汽油费。
注２：假设平均电价为0.10美元/kWh，每英里耗电量为0.13kWh。
电能的标准化不仅可实现规模经济，同时更可免除局部燃料消耗所需的基础设施。优越的电能可储存性便于发电 (效率最高，且不是on demand的），例如：风力发电和太阳能发电未必与峰值功率需求模式相吻合，而可储存性则令该问题获得解决。优越的电能可移植性允许其作为汽车 (这是一个重大耗能来源) 的能源。随着时间的推移，其他倾向于使用绿色能源的应用肯定将得获益于此项技术。
电动汽车成为“绿色产品”的原因？
电动汽车为绿色革命提供发展良机的原因很多。例如，电动汽车以电力取代了燃油动力。电力能源的生成效率很高，而且如前文所述，它可以从几乎所有的能源来获得(注1)。此外，电动汽车的能源使用效率也高于燃油汽车。大多数汽车在运行时将经历一个“加速、减速和空转”的连续周期。相比之下，易变的负载 (比如：加速或减速) 更有利于电动马达 (而非燃油引擎)，因为它在低速条件下提供了高转矩。燃油引擎的工作效率只在一个很窄的速度/负载范围内达到最高，而且，为了满足峰值加速的需要，它必须是超大型的，用于把汽油能量转换为动能的合成引擎效率通常为 20%，而另一方面，电动马达在把电能转换为动能的过程中则实现了 90% 的典型效率。此外，电动马达还无须在停靠时因为空转而无谓地消耗能量，而且电动系统还具备透过再生制动来恢复机械能的潜力。通过电动汽车的典型能耗成本仅为 0.013 美元/英里(注2)这一事实，我们便能看出能量效率的整体改善情况。
不过，在现今市场上，纯电动汽车还不是一项可行的解决方案，原因是其行驶距离受限于车上所能储存的能量。目前常见的电池堆在充电8小时之后，能够让一辆电动汽车行驶100英里，而一个普通的汽车油箱则能为一辆标准汽车提供300英里的行驶距离，且只需几分钟的时间就能完成加油。如果想得到消费者的广泛接受，那么电动汽车必须延长行驶距离和/或缩短再充电时间。一项应运而生的解决方案，是“油电混合动力车”，它把燃油引擎和电动传动系统组合起来，以提供足够的行驶距离，同时仍然拥有绿色能源的大多数好处。油电混合动力车采用了一个车载燃油引擎（用于电池充电），并在需要的时候在最有效的速度/转矩范围内操作该引擎。
扩大绿色能源的应用领域
毫无疑问，电动汽车的成功将有助于其他应用中高性能电池系统找到属于自己的生存空间，从而推进其价格的下降和效能的提升。对于局部发电 (包括光电能或风力发电系统)，电池可以发挥至关重要的平衡作用，而且，当可以使用电力时，它还能充当备援电源系统。目前的电池系统相当昂贵而且庞大，且存在可靠性和安全方面的问题。下一代电池系统将提供较高的能量密度，旨在实现外形较小、价格较低、可靠性和安全性更高的解决方案。
由电池来提供有效的电能
对于高功率电池应用而言，锂电池可作为首选的化学电池，这主要是因为它具有高能量密度。当今的电动汽车和油电混合动力车采用的是镍氢电池，而转用锂离子电池将使能量储存密度提高 400%。然而，为了使锂离子电池在多达数千次的充放电回路过程中保持可靠，电池系统必须解决诸多技术难题。锂电池的性能，取决于电池温度和使用期限、电池充电和放电速率、以及充电状态 (SOC)。这些因素并不是独立的。例如：锂电池在放电时将产生热量，因而会增加放电电流。这有可能形成一种热失控状态并导致灾难性故障的发生。另外，把锂电池充电至 100% SOC 或放电至 0% SOC 将迅速降低其容量。因此，必须将锂电池的操作限制在某个 SOC 范围内 (比如：20%～80%)，此时的可用容量仅为规定容量的 60%。不仅如此，锂电池还具有平坦的放电曲线 (见图 1)，其中，1% 的 SOC 变化可能仅表现为几毫伏 的电压差异。为了充分利用电池的可用电压范围，电池系统必须非常准确地监视该电池电压 (它直接对应于 SOC)。
除了锂电池的敏感特性之外，把电池组合在一起的方法也是一项重要的考虑。如欲从一个电气系统 (比如：用于给车辆加速所需的电气系统) 来提供有效的功率，则需高达数百伏的电压。为深入理解，可考虑：在 1V 电压条件下传送 1kW 功率需要 1000A 电流；而在 100V 电压条件下传送 1kW 功率则仅需 10A 电流。系统布线和互联机中的固有电阻将转换成 IR 损耗，因此，设计师采用了切实可行的最高电压/最低电流。对于一个基于电池的系统 (此处，典型锂电池具有一个 4.2V 的充饱电电压)，必须采用串联的方式将许多电池连接成一长串。请记住：作为一长串电池的一部分，任何单个电池发生故障都将导致整个电池堆无法使用，而且在电池串中每添加一个电池都会提高此种风险。
采用锂电池来制作一个高电压电池堆的挑战并不容小觑。像对待单个电源那样来对一个锂离子电池堆进行充电和放电是行不通的。对于其中那些容量略小的电池而言，在经过多个充电和放电周期之后，其 SOC 将逐渐与其他电池产生偏差。如果不对每个电池的 SOC 进行周期性的均衡或平衡处理，则有些电池最后将发生过度充电或过度放电的现象，从而造成受损，并最终导致整个电池堆发生故障。因此，一个电池控制系统必须谨慎地管理每个电池。可以把这个问题划分为数据采集和控制两个方面。控制方面包括根据系统数据来对每个电池进行充电和放电的算法和方法。这在很大程度上取决于具体应用，而且常涉及受到严密保护的知识产权。数据撷取透过电池堆接口来完成，该接口必须沿着高电压电池堆快速而准确地一一测量每个电池的电压。这需要具备从一个0V～ 1000V以上 (当提升电池堆电压时) 的共模电压来抽取一个小差分电压的能力。这是一个棘手的难题，其需要把多种高性能模拟功能组合起来。
LTC6802
凌力尔特的 LTC6802 可处理大型电池堆的数据撷取任务，而且特别适合于锂电池。LTC6802 可与一个包括多达 12 个单独电池的电池串中的每个电池直接相连。透过运用一个独特的位准移位元串行接口，能够把多个 LTC6802 组件串级起来 (无需使用光耦合器或光隔离器)，以实现长串串级电池中每节电池的精准电压监视。当把多个 LTC6802 组件串联起来时，它们就能够同时运作，从而使得电池堆中所有电池的电压测量都能够快速而准确地完成。
电压测量准确度优于 99.75%，而且一个电池堆中所有电池的电压测量都能在13ms 的时间之内完成。对每节电池均进行了欠压和过压条件监视，并提供了一个相关的 MOSFET 开关，可被用来对过充电电池进行放电。每个 LTC6802 透过一个支持广播和编址命令的 1MHz 串行接口进行通信。另外，该组件还包含两个热敏电阻输入、两条 GPIO 线和一个 5V 稳压器。并针对充满挑战性的汽车环境进行特殊的考虑；LTC6802 专为在工业温度范围内运作而设计，并具有高 ESD、EMI 和噪声免疫力，以及内建诊断和自我测试功能。
这款高整合、高效能多颗电池监视 IC ，解决了当今先进电池系统所面临的诸多问题。由于可在整个工作温度范围内进行高精度的电压测量，因而使得电池能够在其整个可用 SOC 范围内使用，而且根本不用担心电池会超出这些限值。这种强固性将使得该组件能够在汽车环境中可靠地运作，再者，高整合度还可使电池系统满足严苛的成本、空间和可制造性约束条件。
结语
经过多年的努力和稳定发展后，不久，高能量电池系统就将能够满足人们日常使用的需要，尤其是作为电动汽车和油电混合动力车的一部分。该技术可望在全球范围内大幅度地提升能量效率，并将使人们更加重视替代能源。在实现这些目标之前，必须解决诸多层面的技术问题，以造就实用、经济和可靠的电池系统。凌力尔特的LTC6802，旨在解决主要问题之一，这款电池监视IC把数据撷取任务的处理电路整合在单个组件之中，而能支持非常长的电池串。凭借电动汽车和油电混合动力车的成功态势，成本效益型和高性能电池系统，将很快可实现众多的绿色技术。
注1：据CalCars (the California Car initiative) 的数据，利用电网电力来运行一部电动汽车的成本相当于支付0.75美元/加仑的汽油费。
注２：假设平均电价为0.10美元/kWh，每英里耗电量为0.13kWh。
