通過(guò)LTC6801故障監(jiān)視IC提高電池組的長(zhǎng)期可靠性

對(duì)于長(zhǎng)壽命電池電源面臨的挑戰(zhàn)

對(duì)于電動(dòng)車(chē)和大量其它類(lèi)型的便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)，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(duì)于大功率應(yīng)用來(lái)說(shuō)，如電動(dòng)型汽車(chē)，需要疊置數(shù)百個(gè)電池以形成一個(gè)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(xiàn)。在這類(lèi)汽車(chē)應(yīng)用中，駕駛員的安全是第一位的，接下來(lái)是車(chē)主的滿(mǎn)意度。因此，實(shí)現(xiàn)安全可靠的長(zhǎng)期運(yùn)行有顯而易見(jiàn)的理由。為達(dá)到這個(gè)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(jiǎn)單的情況下，要求電路測(cè)量電池組中每節(jié)電池的電壓。這種測(cè)量一般是由一個(gè) AD 轉(zhuǎn)換器執(zhí)行的，AD 轉(zhuǎn)換器將信息傳遞給一個(gè)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(huì)超出一個(gè)嚴(yán)格的范圍，而超出這個(gè)范圍可能極大地縮短電池壽命。面對(duì)一個(gè)系統(tǒng)中可能有數(shù)百個(gè)單個(gè)電池的情況，一種集成式測(cè)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(guò)一個(gè)內(nèi)置的 12 位 ADC，它可以測(cè)量和報(bào)告多達(dá) 12 節(jié)電池以及兩個(gè)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(cè)得的每一組(由 12 個(gè)電池組成)電壓串行傳送到一個(gè)主微控制器。這些測(cè)量器件和控制器形成了電池管理系統(tǒng)的核心。

對(duì)于延長(zhǎng)電池的可用壽命來(lái)說(shuō)，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(lái)越高的汽車(chē)客戶(hù)滿(mǎn)意。就敏感電子產(chǎn)品而言，汽車(chē)展現(xiàn)了一種嚴(yán)酷和危險(xiǎn)的運(yùn)行環(huán)境。要想無(wú)憂(yōu)無(wú)慮地獲得長(zhǎng)久滿(mǎn)意，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行“假設(shè)”分析是必要的。幾個(gè)要考慮的問(wèn)題也許是：

1.如果連接電池的一條導(dǎo)線(xiàn)斷開(kāi)了會(huì)怎么樣?

2.如果電壓測(cè)量準(zhǔn)確度偏移會(huì)怎么樣?

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

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

潛伏最深的問(wèn)題可能使控制器錯(cuò)誤地確定，一節(jié)電池或一個(gè)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(cè)量。之后，這些電池可能完全放電或被危險(xiǎn)地過(guò)沖電，而系統(tǒng)卻一點(diǎn)兒都沒(méi)意識(shí)到。需要某個(gè)東西來(lái)“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(cè)量方法的方案是，將故障監(jiān)視電路與測(cè)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(duì)一個(gè)由 12 個(gè)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(gè) LTC6802 測(cè)量器件和一個(gè)伴隨的 LTC6801 故障監(jiān)視器件。

圖 1：結(jié)合電池測(cè)量與故障檢測(cè)，以提高可靠性。

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

通過(guò)按照指令測(cè)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(guò) 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(duì)每節(jié)電池的電壓采樣，并執(zhí)行簡(jiǎn)單的欠壓和過(guò)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(xiàn)上提供一個(gè)差分時(shí)鐘信號(hào)。如果有任何事情不正確，那么這個(gè)時(shí)鐘就停止。至于問(wèn)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(gè)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(wèn)題。

遠(yuǎn)不止于一個(gè)簡(jiǎn)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(gè)重要的設(shè)計(jì)要求是，允許該器件自動(dòng)運(yùn)作，而無(wú)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(gè)使能時(shí)鐘信號(hào)。沒(méi)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(hào)，該器件就自動(dòng)喚醒并開(kāi)始監(jiān)視所有電池。

圖 2：LTC6801 的內(nèi)部電路提供的不僅是簡(jiǎn)單的比較器功能

REGULATOR：穩(wěn)壓器

MUX：多工器

REFERENCE：