通過LTC6801故障監(jiān)視IC提高電池組的長期可靠性

SELF TEST REFERENCE：自測試基準(zhǔn)

DIGITAL COMPARATORS：數(shù)字比較器

DECODER：解碼器

UV/OV FLAGS AND CONTROL LOGIC：UV/OV標(biāo)記和控制邏輯

“GOOD”：“良好”

圖 2 是 LTC6801 基本組件的方框圖。一個(gè) 12 位增量累加 AD 轉(zhuǎn)換器 (ADC) 對多達(dá) 12 節(jié)電池以及兩個(gè)溫度傳感器的電壓進(jìn)行濾波和數(shù)字化。一個(gè) 5V 的穩(wěn)壓器和一個(gè)精確微調(diào)的 3V ADC 電壓基準(zhǔn)是內(nèi)置的。器件全部工作特性的設(shè)定都由將器件引腳搭接到 5V 穩(wěn)壓器、3V 基準(zhǔn)或 V- 來實(shí)現(xiàn)。無需外部組件。

圖 3：電池電壓報(bào)警門限的選擇是通過引腳搭接設(shè)定的。單獨(dú)的引腳控制 OV 和 LV 門限，這樣它們就可以獨(dú)立設(shè)定。

Cell Voltage Thresholds：電池電壓門限

Cell Voltage：電池電壓

Pin Strap Programming Voltage Combinations：引腳搭接設(shè)定電壓組合

圖 3 繪出的是可設(shè)定的過壓和欠壓門限范圍。選擇過壓 (OV) 門限是為了使用具有3.3V 標(biāo)稱電壓和 4.2V 告警電平的鋰離子電池，而欠壓 (UV) 門限對電池電量耗盡提供一個(gè)合理的指示。OV 和 UV 門限由不同的引腳設(shè)定，因此任何組合都有可能。OV 和 UV 電平必須設(shè)定，以在不是太接近正常電池電壓時(shí)，就可指示某件事可能出錯(cuò)了，否則有可能引起故障檢測電路出現(xiàn)討厭的跳變。

還有可能給這些門限設(shè)定高達(dá) 500mV 的固定遲滯。當(dāng)檢測到的故障觸發(fā)的動作有可能引起電池上的電壓變化時(shí)，如立即斷開負(fù)載與電池組的連接，設(shè)定固定遲滯很有用。遲滯可以防止跳進(jìn)和跳出故障狀態(tài)。

另外兩個(gè)可以通過引腳搭接設(shè)定的功能是，電池檢查的重復(fù)率以及所連接的電池?cái)?shù)量。所有 12 節(jié)電池以及溫度輸入都可以每隔 15ms、130ms 或 500ms 檢查一次。較小的占空比導(dǎo)致從電池組抽取的電源電流較小。電池?cái)?shù)量可以在 4 節(jié)到 12 節(jié)之間設(shè)定。這確保只對實(shí)際連接的電池進(jìn)行故障檢測。

可以將任意數(shù)目的 LTC6801 彼此堆疊起來，以監(jiān)視非常高電壓系統(tǒng)中數(shù)百個(gè)單獨(dú)的電池，見圖 4。啟用時(shí)鐘被緩沖，兩條信號線上的輸出連接到電池組中下一個(gè)較高端器件的使能輸入。啟用時(shí)鐘蜿蜒地進(jìn)出每個(gè)器件，一直到電池組的頂端。同樣，每個(gè)器件非常重要的狀態(tài)輸出時(shí)鐘向下傳遞至電池組中下一個(gè)較低端器件的狀態(tài)輸入引腳。狀態(tài)時(shí)鐘的頻率與啟用時(shí)鐘相同，并可位于 2kHz 至 50kHz 之間。如果任何時(shí)間在任何電池組的任何地方檢測到任何故障，則負(fù)責(zé)監(jiān)視受損電池的器件的狀態(tài)時(shí)鐘將停止電平變換。該靜態(tài)條件將沿著電池組向下傳播至底端器件。運(yùn)用某種形式的邊緣檢測的任何器件 (例如：看門狗定時(shí)器或計(jì)數(shù)器捕獲/比較功能部件) 均可用于監(jiān)視電池組中底端器件的狀態(tài)輸出線。當(dāng)某個(gè)時(shí)鐘轉(zhuǎn)換被錯(cuò)過時(shí)，該器件能夠產(chǎn)生信號以對一般性故障進(jìn)行維修。

圖 4：任何數(shù)量的 LTC6801 電池監(jiān)視器都可以疊置。

由于疊置的器件工作電壓不同，因此需要 AC 耦合使能和狀態(tài)信號。

提供一個(gè)用于狀態(tài)線的連續(xù)時(shí)鐘是一項(xiàng)重要的功能。使用一種靜態(tài)邏輯電平來指示所有的系統(tǒng)故障始終有可能在邏輯狀態(tài)中產(chǎn)生失效，這種失效會錯(cuò)誤地指示系統(tǒng)一切正常。這將導(dǎo)致故障監(jiān)視電路失去作用。當(dāng)采用一種定時(shí)方案時(shí)，監(jiān)視器件必須連續(xù)執(zhí)行某些操作以保持時(shí)鐘的運(yùn)行，而且系統(tǒng)的一切都必須處于正確的狀態(tài)，否則它將停止運(yùn)作。在正常 (OK) 狀態(tài)中，故障信號不會被“阻塞”。為了增強(qiáng)抗邏輯噪聲性能，需沿著電池組上下地對 LTC6801 進(jìn)行差分定時(shí)。對于高電壓電池組，常常需要提供針對控制器電源的隔離。當(dāng)采用差分時(shí)鐘信號時(shí)，增設(shè)隔離變壓器是相當(dāng)容易的。這是器件設(shè)計(jì)中另一項(xiàng)旨在強(qiáng)化容錯(cuò)/安全性的考慮。

如果監(jiān)視器件有問題會怎么樣?

毫無疑問，通過冗余監(jiān)視提高了系統(tǒng)可靠性，但是怎樣才能確保監(jiān)視器件本身正確運(yùn)行呢?要防止不可檢測的故障模式，這一點(diǎn)非常重要。為了滿足這種要求，LTC6801 提供內(nèi)置的自動自測試功能。這種自測試功能可以按需啟動，或者在每完成 1024 個(gè)電池測試周期后自動執(zhí)行，自動測試用 17ms 時(shí)間就可以結(jié)束。圖 2 的電路顯示，可以怎樣連接 LTC6802-1 器件，以允許按需運(yùn)行自測試功能。一個(gè)單獨(dú)的輸出引腳提供的信號表明該器件是否執(zhí)行了所有自測試功能，而且不中斷電池狀態(tài)輸出時(shí)鐘。自測試檢查 4 個(gè)主要功能。