电动摩托车电池组有多个电压平台，其中最普遍的是60V，它在一个电池组中需要16S或者17S锂离子电池。
实现更长的运行时间需要解决三个设计难题：
● 高精度电池电压采样以提高电池容量计算精度。
● 电池电压平衡。
● 低系统电流损耗，特别是在待机模式下。
低电流损耗16S-17S电池组参考设计可以帮助解决以上提到的设计难题。它使用BQ76940电池监控器用于电池组低15串电池电压采样监控，使用一个双通道通用运算放大器LM2904B监控高两串电池电压。通过外部金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）实现更大的电池均衡电流。电池组参考设计的框图如图1所示。
图1：16S-17S电池组框图
高精度电池电压采样
BQ76940直接监控低15串电池，因此低15串电池电压精度直接由BQ76940决定。在25°C时从3.2 V到4.6 V的典型电压采样精度为±15 mV。必要时，可以通过额外校准进一步提高其电压采样精度。图2所示的分立电路决定了两个上部电池的精度。
图2：两个上部电池的分立电路图
以17串电池为例。当Q25在线性模式下工作时，LM2904B的一个通道与P沟道MOSFET Q25、R89和R96一起作为负反馈电路工作。放大器的负相输入电压等于正相输入电压，即16串电池的电压。因此第17串单节电池电压加在R89两端产生的电流流过Q25和R96并返回参考地，第16串单节电池采样与此类似。
通过使用模数转换器（ADC）测量ADC_16和ADC_17电压，可以监控第16串和第17串单节电池电压。考虑到R89、R96、R87、R94和ADC参考的容差，需要两点校准以获得更高的精度。图3显示了两点校准的过程。
图3：两点校准过程
我在实验室测试了校准后的第16串和第17串电池电压精度；结果如图4所示。精度达到±2mV。
图4：16串和17串电池电压精度(25°C时)
电池均衡
由于第16串和第17串电池由分立电路监控，而下部15个电池由BQ76940监控，因此必须考虑对电池均衡的影响。
图5显示了主要的电流路径。红色表示通用运算放大器的电源路径，绿色表示第17串电池的电压采样路径，灰色表示第16串电池的感测路径。通用运算放大器的供电电流由整个电池组提供并流回参考地，因此是对整个电池组放电，并不会导致不均衡。第17串电池的电压采样路径也是从整个电池组流回参考地，因此也不会导致不均衡。但是第16串电池的电压采样路径从低16串电池流回参考地，这将导致第17串和低16串电池之间出现电压不均衡。这种不均衡只有在检测第16串电池电压时才会出现。
若要减少不均衡的影响，可以在不检测第16串电池的时候关闭Q21，并在计算不均衡影响时考虑Q21控制电路电流。
根据此处的分析，并假设电压采样周期为250ms，则此参考设计的不平衡电流应小于0.1 µA。
图5：分立电路电流路径图
低系统待机消耗
在先前撰写的文章“踏板动力解决方案：为电动自行车和电动摩托车提供耐久性更好的13S、48V锂离子电池组”，我解释了如何用LM5164和系统级设计来降低待机模式下的系统级电流消耗。现在，我想简单地讨论一下如何降低待机模式下分立电路的电流消耗。待机模式下既不充电也不放电。电池电压感应起到保护作用，通常可以通过增加空闲时间来降低频率。为了减少待机模式下的功耗，您可以在不需要感测电压的情况下关闭电路。
图2中的解决方案使用P通道MOSFET Q20将电源切换到LM2904B，并由微控制器控制。为了进一步降低电流，我增加了Q22和Q21，用来切断电池电压传感线路，从而节省更多的能量。假设电压感应周期为250 ms，空闲时间为250 ms，则待机时的平均电流消耗将相当低。图2所示的解决方案中的典型电流小于1 µA。
结论
总的来说，该参考设计提供了一个具有成本竞争力的电池组解决方案，覆盖高达17S的电池，是电动摩托车的理想选择。该设计通过以下方式实现更长的运行时间：
● 提高电池电压采样精度。
● 减少待机模式下的电流消耗。
● 消除不均衡影响。
这种设计也适用于需要16S/48-V磷酸锂离子电池组的电信备用电池组。
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