在能量收集應用中，當來自環境源的能量減少到低于有用水平時，備用電池在維持功率輸出方面起著關鍵作用。為了保持電池性能和安全性，這些應用需要能夠將電池狀態和故障狀態傳達給中央服務器和操作員。特別是，電池組的安全操作需要仔細監控以檢測可能導致電池故障的電池缺陷，短路和劣化。例如，與鋰離子電池組相關的安全問題正在推動對連續電池監測和故障的快速通信的需求以及能夠在嚴重故障發生之前進行干預的人類操作員的潛在問題。

設計人員可以利用IC制造商提供的可用設備實現高效的遠程電池監控功能，包括ADI公司，Atmel公司，凌力爾特公司，Maxim Integrated公司，Silicon Labs公司和德州儀器公司。

遠程電池監控子系統將基于MCU的電池監控和無線通信功能與低功耗RF收發器或具有集成無線功能的MCU相結合，將電池狀態傳輸到中央設施（圖1）。

圖1：遠程電池監控解決方案依靠帶集成ADC的MCU來測量電池電壓并通信電池使用成對的RF收發器（A）或集成無線功能（B）的狀態。對于要求更高的應用，專用電池管理IC提供額外的細節和保護（德州儀器提供）。

在許多應用中，帶有集成ADC的低功耗MCU可以提供所需的單元監控級別，測量單元電壓并執行軟件程序來識別故障。德州儀器（TI）MSP430F2012和MSP430F2013 16位MCU將低功耗運行與集成ADC，模擬比較器，存儲器和串行接口相結合。工程師可以選擇采用MSP430F2012的10位ADC，或采用MSP430F2013的16位sigma-delta ADC，以滿足需要更高分辨率測量的應用。

與TI的CC2500 2.4 GHz收發器或CC2520 ZigBee收發器配合使用，TI等集成MCU可提供完整的遠程電池監控解決方案。另外，設計人員可以選擇Silicon Labs SI1031 MCU等MCU，它集成了高速8051內核，12位ADC，存儲器，多個數字外設和ISM頻段收發器。 Silicon Labs SI1021還提供集成的LCD控制器，以支持本地顯示功能。

專為電池管理而設計，Atmel ATMEGA32HVB將公司的AVR 8位MCU與12位ADC，18位庫侖逆流ADC和存儲器相結合，可監控多達4個鋰離子電池，電流，大電流和短路故障（圖2）。 Atmel設計了ATMEGA32HVB，以便在引腳短路，充電器連接不良，軟件錯誤或由電池組或VCC短路引起的電源斷電時為電池提供安全保護。該器件還提供外部保護輸入，允許工程師使用外部組件實現專門的電池保護功能。

圖2：Atmel ATMEGA32HVB MCU將8位MCU內核與專用片上電路相結合，可監控多達4個鋰離子電池（Atmel提供）。

在運行中，ATMEGA32HVB上運行的軟件可以使用兩個外部熱敏電阻輸入通道監控單個電池電壓，以及片上溫度和外部溫度。庫侖計數器累積充電和放電電流，以13位分辨率報告高分辨率或瞬時電流測量的累積電流。

對于具有大型電池組或需要更深電池保護的應用的系統，工程師可以利用各種電池管理IC來監控電池組的關鍵性能參數，并在出現故障時向MCU提供信號。先進的電池管理IC，如ADI公司的AD8280，凌力爾特公司的LTC680x，Maxim Integrated MAX1492x和德州儀器公司的BQ76PL536，旨在監控通常用于能量存儲和電源備份的能量收集應用的大型電池組。此類器件通常集成了高分辨率ADC，精密電壓基準，高壓輸入多路復用器和用于與主機MCU通信的串行接口。

ADI公司的AD8280支持多達六個鋰離子電池，并提供獨特的自測功能，專為高可靠性應用而設計。在自測模式下，AD8280產生內部故障條件，并將結果與預期結果進行比較，如果自檢失敗則發出警報。

凌力爾特公司的器件LTC680x系列可同時監控多達12個鋰離子電池。雖然LTC6801和LTC6802器件專為鋰離子電池監測而設計，但LTC6803支持鋰離子電池，超級電容器和多化學電池監測，而LTC6804則支持鋰離子和鎳氫電池監測。

Maxim Integrated的MAX1492x系列通過MAX14920支持多達12個鋰離子電池，MAX14921支持多達16個電池。德州儀器（TI）BQ76PL536 IC最多支持六個鋰離子電池。

此類中的所有設備都提供以菊花鏈方式連接多個設備以監控大量單元的功能。工程師可以垂直堆疊德州儀器BQ76PL536，以監控多達192個鋰離子電池，而無需IC之間的隔離元件。與許多此類器件一樣，BQ76PL536提供高速串行外設接口（SPI）總線，可與MCU（如TI MSP430F5529低功耗16位MCU）進行通信。

Daisy鏈接監控大型鋰離子電池堆，BQ76PL536集成了電壓轉換和精密ADC，可準確，快速地測量電池電壓。在直接從主機MCU或通過菊花鏈接收CONV轉換信號時，器件通過其集成的14位高速逐次逼近寄存器（SAR）ADC啟動轉換周期。該器件通過前端多路復用器為ADC供電，該多路復用器具有九個輸入，用于六個單元，兩個溫度傳感器和一個通用模擬輸入。

BQ76PL536中的專用電路為每個電池提供過壓和欠壓故障檢測，并提供兩個過溫故障檢測輸入。當單元值超過安全閾值時，器件提供FAULT和ALERT輸出。 BQ76PL536通過獨立于主機通信總線的I/O引腳提供這些保護輸出信號，在沒有主機MCU干預的情況下在硬件中啟用故障信號。在大型鋰離子電池堆中，工程師可以菊花鏈式連接這些信號，以便將保護信號隔離到特定的電池和電池串（圖3）。

圖3：高級電池管理IC為電池管理信號提供專用輸入和輸出引腳，允許工程師以菊花鏈形式連接多個設備以監控大型電池組中的電池（德州儀器公司提供）。

總結

對于獨立的能量收集應用，工程師可以使用將電池單元測量功能與無線通信相結合的遠程監控子系統來增強電池操作和安全性。具有成對或集成無線功能的高度集成的低功耗MCU可滿足許多此類應用的需求。對于更嚴格的監控要求，專用電池管理IC可以提供詳細的測量和自動故障檢測。使用這些可用的IC，工程師可以增強遠程或獨立的能量收集設計，能夠監控他們的電池系統并將電池狀態傳達給中央設施。