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

　　提供一個用于狀態(tài)線的連續(xù)時鐘是一項重要的功能。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，這種失效會錯誤地指示系統(tǒng)一切正常。這將導致故障監(jiān)視電路失去作用。當采用一種定時方案時，監(jiān)視器件必須連續(xù)執(zhí)行某些操作以保持時鐘的運行，而且系統(tǒng)的一切都必須處于正確的狀態(tài)，否則它將停止運作。在正常 (OK) 狀態(tài)中，故障信號不會被“阻塞”。為了增強抗邏輯噪聲性能，需沿著電池組上下地對 LTC6801 進行差分定時。對于高電壓電池組，常常需要提供針對控制器電源的隔離。當采用差分時鐘信號時，增設隔離變壓器是相當容易的。這是器件設計中另一項旨在強化容錯/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)視器件本身正確運行呢?要防止不可檢測的故障模式，這一點非常重要。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 個電池測試周期后自動執(zhí)行，自動測試用 17ms 時間就可以結(jié)束。圖 2 的電路顯示，可以怎樣連接 LTC6802-1 器件，以允許按需運行自測試功能。一個單獨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)輸出時鐘。自測試檢查 4 個主要功能。

　　測試內(nèi)容之一是，檢查 ADC、電壓基準和比較器是否正確運行。為了進行這一測試，要對第二個內(nèi)部電壓基準測量 3 次。第一次測量在一個嚴格的窗口內(nèi)比較該基準與兩個門限值，而且絕不能產(chǎn)生超出范圍的指示。接著，將較高的門限值降至一個僅低于所期望的電壓值，進行第二次電壓基準測量，這時比較器應該產(chǎn)生一個過壓指示。最后，較低的門限設定為高于所期望的電壓，這時應該產(chǎn)生一個欠壓指示。這樣就可以有把握地確定，ADC 的模擬部分工作正常，而且比較門限可以改變并且是準確的。

　　ADC 的數(shù)字部分也要測試。應用兩個測試信號，將產(chǎn)生由交替的“1”和“0”組成的數(shù)字輸出讀數(shù)。12 位輸出代碼將是 0xAAA 或 0x555。這證實沒有 ADC 輸出位固定在高或低電平上。

　　連接電池的高壓多工器也要測試。如果開關(guān)的地址解碼器出現(xiàn)故障，那么一節(jié)或多節(jié)電池有可能被跳過，而其它電池則被重復測量。跳過電池會意味著，壞電池可能未被檢測到。其它多工器故障 (例如同時選擇多節(jié)電池或開關(guān)輸入之間短路) 會至少在一節(jié)電池輸入通道上產(chǎn)生過壓或欠壓指示。這種自測試確保每節(jié)電池都得到測量，或確保將錯誤被標記出來。

　　第四個非常重要的自測試功能確定是否有電池連接是開路的。就這項測試而言，對每節(jié)電池都用一個連接到電池每一端的 100uA 小吸收電流進行測量。如果連接到電池的導線開路，那么用于這節(jié)電池的 ADC 電壓輸入將被吸收電流拉低。對開路導線之上的下一節(jié)電池的測量，將產(chǎn)生過壓指示并被標記出來。

　　這種周期性的自測試增強了系統(tǒng)運行的可靠性。通過檢查執(zhí)行檢查功能的器件，可以更有把握地確定，所有事情都處于良好運行狀態(tài)。

　　粗略的溫度輸入

　　在了解每節(jié)電池的充電狀態(tài)時，鋰離子電池的工作溫度是一個重要因素。溫度由LTC6802-1 等電池管理器件準確測量。故障監(jiān)視器件 LTC6801 還有兩個粗略的溫度輸入。這些讀數(shù)之所以是粗略的，是因為到溫度引腳的電壓輸入只是簡單地與 VREF/2 或 1.5V 門限作了比較。如果輸入電壓高于 1.5V，那么就被認為狀態(tài)良好，如果輸入低于該門限，就被認為出現(xiàn)了故障。以圖 5 所示的分壓器形式安置諸如熱敏電阻等溫度傳感器和電阻器，可以形成簡單的溫度過高/過低監(jiān)視功能。如果環(huán)境溫度或特定的溫度點超出了預定的范圍，那么狀態(tài)輸出時鐘就中斷，所采用的方法與發(fā)生電池電壓故障時所用方法相同。

　　圖 5：粗略溫度檢測有可能通過到內(nèi)部電壓比較器的兩個溫度輸入引腳完成。

　　這個例子在 -20°C 至 +60°C 的窗口中監(jiān)視系統(tǒng)工作溫度。如果超出溫度限制，就標記出錯。

　　結(jié)論

　　在系統(tǒng)中保持所有電池有正確的電量將延長昂貴的電池組的使用年限。在諸如電動型汽車等汽車系統(tǒng)以及不中斷電源備份系統(tǒng)中，這對獲得客戶滿意極其重要。采用 LTC6801 是一種經(jīng)濟實惠的方式，它可通過冗余故障監(jiān)視改善鋰離子電池管理系統(tǒng)的長期可靠性。LTC6801 與更準確的電池管理系統(tǒng)一起運行，可提供一種復核功能，復核所有系統(tǒng)組件是否正常運行。如果運作失常，就會提供一個標記，以啟動解決問題的程序。這有助于給最終產(chǎn)品的可靠性增加安全性，這么做永遠都不是壞事。