通過LTC6801故障監(jiān)視IC提高電池組的長期可靠性

對于長壽命電池電源面臨的挑戰(zhàn)

對于電動車和大量其它類型的便攜式設(shè)備來說，電池已經(jīng)成為一種主要的非傳統(tǒng)能源。鋰離子電池非常受歡迎，因?yàn)榕c具有相同能量密度的其它化學(xué)組成的電池相比，鋰離子電池的能量密度允許鋰離子電池組更小、更輕。對于大功率應(yīng)用來說，如電動型汽車，需要疊置數(shù)百個電池以形成一個高壓電源，這種電源產(chǎn)生更小的電流，可使用更細(xì)和重量更輕的導(dǎo)線。在這類汽車應(yīng)用中，駕駛員的安全是第一位的，接下來是車主的滿意度。因此，實(shí)現(xiàn)安全可靠的長期運(yùn)行有顯而易見的理由。為達(dá)到這個目的，每節(jié)電池的電量都必須得到持續(xù)監(jiān)視，以在多年使用的情況下保持最佳水平。

在最簡單的情況下，要求電路測量電池組中每節(jié)電池的電壓。這種測量一般是由一個 AD 轉(zhuǎn)換器執(zhí)行的，AD 轉(zhuǎn)換器將信息傳遞給一個微控制器。該控制器細(xì)致地管理所有電池的充電和放電，這樣電池工作時(shí)就不會超出一個嚴(yán)格的范圍，而超出這個范圍可能極大地縮短電池壽命。面對一個系統(tǒng)中可能有數(shù)百個單個電池的情況，一種集成式測量電路可以極大地節(jié)省組件數(shù)。凌力爾特公司提供的 LTC6802 就是這樣一種集成式功能構(gòu)件。通過一個內(nèi)置的 12 位 ADC，它可以測量和報(bào)告多達(dá) 12 節(jié)電池以及兩個溫度傳感器上的電壓。任何數(shù)量的電池都可以相互疊置，所測得的每一組(由 12 個電池組成)電壓串行傳送到一個主微控制器。這些測量器件和控制器形成了電池管理系統(tǒng)的核心。

對于延長電池的可用壽命來說，仔細(xì)控制每節(jié)電池的充電狀態(tài)是極其重要的，但是這也許還不足以讓要求越來越高的汽車客戶滿意。就敏感電子產(chǎn)品而言，汽車展現(xiàn)了一種嚴(yán)酷和危險(xiǎn)的運(yùn)行環(huán)境。要想無憂無慮地獲得長久滿意，對系統(tǒng)進(jìn)行“假設(shè)”分析是必要的。幾個要考慮的問題也許是：

1.如果連接電池的一條導(dǎo)線斷開了會怎么樣?

2.如果電壓測量準(zhǔn)確度偏移會怎么樣?

3.如果內(nèi)部寄存器位保持某個數(shù)值不變，總是指示一個良好的電池電壓讀數(shù)，會怎么樣?

4.如果測量 IC 不知怎么被嚴(yán)重的系統(tǒng)電壓瞬態(tài)損壞了，會怎么樣?

潛伏最深的問題可能使控制器錯誤地確定，一節(jié)電池或一個電池組處于完美狀態(tài)，而事實(shí)是，電池或電池組未以正確方法測量。之后，這些電池可能完全放電或被危險(xiǎn)地過沖電，而系統(tǒng)卻一點(diǎn)兒都沒意識到。需要某個東西來“監(jiān)視監(jiān)視器”，以實(shí)現(xiàn)更高水平的可靠運(yùn)行。用 LTC6801 進(jìn)行電池管理系統(tǒng) (BMS) 的故障監(jiān)視

一種可替代完全冗余測量方法的方案是，將故障監(jiān)視電路與測量器件并聯(lián)，以起到復(fù)核系統(tǒng)基本功能的作用。圖 1 電路顯示對一個由 12 個鋰離子電池組成的電池組實(shí)施的這種方案，該方案使用一個 LTC6802 測量器件和一個伴隨的 LTC6801 故障監(jiān)視器件。

圖 1：結(jié)合電池測量與故障檢測，以提高可靠性。

LTC6802 提供準(zhǔn)確的測量，而 LTC6801 檢查每節(jié)電池的過壓/欠壓狀態(tài)。

通過按照指令測量和報(bào)告每節(jié)電池的電壓，并將放電電流加到電池上以分配每節(jié)電池的電量，LTC6802-1 成為該系統(tǒng)中的主要電子組件。數(shù)據(jù)通過 SPI 串行數(shù)據(jù)鏈路傳送到控制器。同時(shí)，LTC6801 還監(jiān)視電池組中的每節(jié)電池。不用系統(tǒng)控制器的干預(yù)，LTC6801 就能周期性地對每節(jié)電池的電壓采樣，并執(zhí)行簡單的欠壓和過壓比較。如果所有情況都正常，那么 LTC6801 就在狀態(tài)輸出 (Status Output) 線上提供一個差分時(shí)鐘信號。如果有任何事情不正確，那么這個時(shí)鐘就停止。至于問題的本質(zhì)，LTC6801 不提供任何信息，因?yàn)樗皇侵甘灸臣虏徽_。這個時(shí)鐘一旦停止，那么控制器就可以執(zhí)行診斷程序，以確定出現(xiàn)了什么問題。

遠(yuǎn)不止于一個簡單的比較器

LTC6801 的設(shè)計(jì)仔細(xì)考慮了很多潛在的系統(tǒng)故障，同時(shí)還具有易用性。一個重要的設(shè)計(jì)要求是，允許該器件自動運(yùn)作，而無需任何軟件。惟一的外部需求是電源 (由電池組本身提供) 和一個使能時(shí)鐘信號。沒有使能時(shí)鐘輸入，LTC6801 就停留在一種靜態(tài)低功率狀態(tài)，僅從電池組抽取幾 uA 的電流。該使能時(shí)鐘可以由系統(tǒng)控制器或任何其它振蕩源 (諸如 LTC6906 硅振蕩器) 提供。一接收到時(shí)鐘信號，該器件就自動喚醒并開始監(jiān)視所有電池。

圖 2：LTC6801 的內(nèi)部電路提供的不僅是簡單的比較器功能

REGULATOR：穩(wěn)壓器

MUX：多工器

REFERENCE：