假定你接受了一項任務，為一個新的和基于電池的電源系統設計監視器電路，那么你會采取什么策略來優化該設計的成本和可制造性呢?最初考慮的問題將是確定系統的首選結構以及電池和有關電子組件的位置。基本結構清楚以后，接下來非得考慮的一個問題是，電路拓撲的權衡協調問題，例如，怎么樣優化最終產品的通信和互連。
電池的外形尺寸將對電源系統結構有重大影響。要使用大量小型電池以適合形狀復雜的電池模塊(或電池包)嗎?或者要使用外形尺寸很大的電池，因而由于重量問題而導致對電池數量的限制或引起其他的尺寸限制?這也許是設計變數最大的部分，因為外形新穎的電池不斷上市，而且人們也在不斷努力，務求電池模塊或電池包集成到產品中后，會與整個產品概念更加一致。例如，在汽車設計情況下，電池最終也許分散在車輛上的某些空間中，這些空間如果不放電池，利用效率很低。另一個考慮因素是，電池(或模塊化電池包)、電池管理系統(或其子系統)以及最終使用接口之間的探測信號和/或遙測信號的互連。在大多數情況下，可以做一個外殼，用來集成電池模塊或電池包中的某些數據采集電路，以便如果需要調換，那么加工ID、校準、使用規格等緊要信息能隨著可替換組件帶走。這類信息對電池管理系統(BMS)或維修設備可能有用，而且最大限度地減少了線束中所需的高壓額定值導線的數量。接下來，就給定的機械概念設計而言，監視硬件拓撲由精確定義的、所需支持的電池數量決定。在汽車使用中，一般情況下總共會有100個以上的電池測量點，而且系統的模塊化將決定一個給定的電路系統測量多少個電池。最常見的情況是，以安全斷接“維修插頭”方式，將所有電池分成至少兩個子組。通過在故障情況下保持電壓低于200V，這種辦法最大限度地降低了維修人員可能遇到的觸電危險。外形尺寸較大的電池包意味著，要采用兩套隔離的數據采集系統，每套也許支持50個電池分接頭。在有些情況下，所有電子組件都在一個經濟實惠的印刷電路板上，但是這需要大量互連，如圖1(a)所示。或者，電子組件也可以分散放置，更加緊密地集成在電池模塊中，但是這需要采用遙測鏈接辦法。為了實現可靠的數據完整性，內置于汽車線束中的遠端測量功能電路非得采用一種堅固型協議，例如廣泛使用的CAN總線。盡管真正的CAN總線接口涉及幾個網絡層，但是可以很方便地采用pHY層構成BMSLAN結構，以高效率地進行模塊內的通信。這類分布式結構如圖1(b)所示。該拓撲準許在幾個小型解決器之間分配計算工作量，從而降低所需的數據傳輸速率，并減輕LAN辦法可能引起的EMI問題。最終的BMS使用接口很可能是至一個主系統管理解決器的CAN總線接線，而且將需要定義(或在一開始規定)特定的信息事務解決。其他因素也可能對物理結構和監視電路造成影響。就
鋰電池而言，需要電池容量平衡，從而導致了額外的熱量管理問題(去除熱量)，而且如果需要有源平衡，還需要電源轉換電路。溫度探頭經常分布在整個模塊之上，以提供一種將電壓讀數與充電狀態關聯起來的辦法，因而需要一些支持電路和連接方案。設計時一個經常忽視的考慮因素是，當產品安裝之前閑置或儲存在貨架上時，電池的電量泄漏應當是最低的。在有些情況下，額外的控制配線是必要的。在上面實現的這些結構中，都有一個常見的測量功能構件，該構件包括一個多通道ADC、安全隔離勢壘和某種程度的本地解決能力。圖2電路顯示了一個實現數據采集功能的可擴展設計平臺。在這個圖中，實現功能的核心組件是凌力爾特的LTC6803電池包監視器IC，同時顯示的還有一個SpI數據隔離器和一些可選的特殊用途電路。該電路包括輸入濾波器和無源平衡功能，構成了一個完整的12節電池數據采集處理方案。如果需要，這類電路可以簡單地復制，以支持更多電池測量方案，同時共享主微控制器的本地SpI端口，該主微控制器反過來再提供外部CAN總線或其他LAN型數據鏈路所需。與前一代監視器件相比，LTC6803的主要改進是，支持電源停機和/或單獨由電池包供電。當電源從V+引腳去掉時，電池加載將降至零(僅有nA級半導體泄漏)。工作電源可以由接通的電池包電壓提供，或從一個單獨的電源提供給V+，只要電壓始終至少與電池包一樣高就行。為了實現簡單性，LTC6803還可以筆直從電池包獲取功率，在這種情況下，最低功率狀態(即備用)將僅消耗12uA電流。LTM2883數據隔離器通過一個內部隔離的DC-DC轉換器，從主解決器供電，因此該器件將自動與主解決器一起斷電。LTM2883的一個非常有用的功能是，它還能向隔離的電子組件(即電池端)提供很大和得自主機的功率。一個小型升壓電源功能組件(圖2中的LT3495-1)就是這樣驅動的，以獨立地給LTC6803供電，以便電池僅提供ADC測量輸入電流(即在有效轉換時均勻值
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