基于LTC6801的電池管理系統(tǒng) (BMS) 的故障監(jiān)視

　本文將闡述如何通過使用 LTC6801 故障監(jiān)視 IC，提高一種高壓鋰離子電池組的長期可靠性。在電動型汽車、不中斷電源、醫(yī)療儀器甚至電動工具等應用中，用電池作電源是一種持續(xù)不斷的發(fā)展趨勢，這些應用每種都有不同程度的可靠性預期。

　　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備來說，電池已經成為一種主要的非傳統(tǒng)能源。鋰離子電池非常受歡迎，因為與具有相同能量密度的其它化學組成的電池相比，鋰離子電池的能量密度允許鋰離子電池組更小、更輕。對于大功率應用來說，如電動型汽車，需要疊置數百個電池以形成一個高壓電源，這種電源產生更小的電流，可使用更細和重量更輕的導線。在這類汽車應用中，駕駛員的安全是第一位的，接下來是車主的滿意度。因此，實現安全可靠的長期運行有顯而易見的理由。為達到這個目的，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 轉換器執(zhí)行的，AD 轉換器將信息傳遞給一個微控制器。該控制器細致地管理所有電池的充電和放電，這樣電池工作時就不會超出一個嚴格的范圍，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。凌力爾特公司提供的 LTC6802 就是這樣一種集成式功能構件。通過一個內置的 12 位 ADC，它可以測量和報告多達 12 節(jié)電池以及兩個溫度傳感器上的電壓。任何數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。就敏感電子產品而言，汽車展現了一種嚴酷和危險的運行環(huán)境。要想無憂無慮地獲得長久滿意，對系統(tǒng)進行“假設”分析是必要的。幾個要考慮的問題也許是：

　　如果連接電池的一條導線斷開了會怎么樣?

　　如果電壓測量準確度偏移會怎么樣?

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

　　如果測量 IC 不知怎么被嚴重的系統(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地過沖電，而系統(tǒng)卻一點兒都沒意識到。需要某個東西來“監(jiān)視監(jiān)視器”，以實現更高水平的可靠運行。

　　用 LTC6801 進行電池管理系統(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：結合電池測量與故障檢測，以提高可靠性。

　　LTC6802 提供準確的測量，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。數據通過 SPI 串行數據鏈路傳送到控制器。同時，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，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鐘信號。如果有任何事情不正確，那么這個時鐘就停止。至于問題的本質，LTC6801 不提供任何信息，因為它只是指示某件事不正確。這個時鐘一旦停止，那么控制器就可以執(zhí)行診斷程序，以確定出現了什么問題。