LTC6802在電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

1 引言

　　 電池的正常使用是電動(dòng)汽車能夠安全可靠行駛的重要保證。過(guò)度充電或過(guò)度放電均會(huì)對(duì)電池造成嚴(yán)重危害， 因此必需對(duì)電池組中的每節(jié)電池進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控。LTC6802是凌力爾特公司推出的一款高度集成的電池監(jiān)測(cè)芯片。LTC6802 能同時(shí)監(jiān)測(cè)12節(jié)電池， 其外圍電路簡(jiǎn)單， 在電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)用大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)， 有效地降低了產(chǎn)品成本。同時(shí)， 其12位的高分辨率也保證了系統(tǒng)的精度要求。

　　2 LTC6802簡(jiǎn)介

　　2. 1 功能簡(jiǎn)介

　　LTC6802是一款電池監(jiān)測(cè)芯片， 內(nèi)部包括12位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 高精度電壓參考源， 高電壓輸入多路轉(zhuǎn)換器和串行接口。每片LTC6802 可測(cè)量12節(jié)串聯(lián)電池電壓， 最大允許測(cè)量電壓60伏。可同時(shí)監(jiān)測(cè)全部電池電壓或單獨(dú)監(jiān)測(cè)串聯(lián)電池中的任一節(jié)電池。芯片采用獨(dú)特的電平移動(dòng)串行接口， 多片LTC6802可直接串聯(lián)， 芯片之間無(wú)需光耦或隔離器件。

　　多片LTC6802串聯(lián)時(shí)可同時(shí)工作， 全部串聯(lián)電池的電壓測(cè)量時(shí)間在13ms 以內(nèi)。為減小功耗，LTC6802還可對(duì)每節(jié)電池的過(guò)電壓與欠電壓狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。芯片每個(gè)電池輸入端內(nèi)部連接有MOS開(kāi)關(guān)用于對(duì)過(guò)充電池放電。

　　2. 2 LTC6802 性能概要

　　0. 25% 的最大總測(cè)量誤差(從- 40℃ ~ 85℃ )

　　可堆疊式架構(gòu)實(shí)現(xiàn)1000V +系統(tǒng)

　　固有FIR濾波處理電路的delta- sigma ADC

　　具有數(shù)據(jù)包誤差檢驗(yàn)功能的1MH z串行接口

　　用于電池放電的片上FET

　　溫度傳感器輸入

　　內(nèi)置精確3V 基準(zhǔn)和5V 穩(wěn)壓器

　　診斷和故障檢測(cè)

　　2. 3 引腳介紹

　　如圖1 所示， V +: 器件工作電源正端， 芯片工作電源由電池提供， V + 與電池組總正相連; C12 -C1: 電池電壓輸入端; S12 - S1: 電池均衡控制端;V-: 電源負(fù)端， 與電池組總負(fù)相連; VTEMP1, VTEMP2:溫度傳感器輸入端; VREF: 3. 075電壓基準(zhǔn); VREG:線性電壓基準(zhǔn); TOS: 芯片在串聯(lián)組中位置選擇端;MMB: 監(jiān)控模式選擇端; WDTB: 看門(mén)狗輸出; GPIO1,GPIO2: 通用I/O 口; VMODE: 通訊模式選擇端;SCK I、SD I、SDO、CSBI: SPI接口; CSBO、SBOI、SCKO:級(jí)聯(lián)時(shí)與下一級(jí)芯片通訊的SPI接口。

　　圖1 LTC6802芯片引腳圖

　　2. 4 工作原理

　　2. 4. 1 delta- sigm a模數(shù)轉(zhuǎn)換

　　如圖2所示， LTC6802通過(guò)輸入多路選擇器將輸入的電池電壓與12位delta- sigm a模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連， 內(nèi)部10ppm電壓基準(zhǔn)源為L(zhǎng)TC6802提供高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換用的參考源。LTC6802內(nèi)部含有一個(gè)二階de lta- sigma 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器利用重建濾波器可以消除轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的高頻噪聲，從而提供一個(gè)高精度的數(shù)字量輸出， 其后跟隨一二階FIR濾波器。delta- sigma 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的前端采樣頻率為512K, 大大降低了對(duì)輸入端外部濾波環(huán)節(jié)的需求。每次轉(zhuǎn)換包含兩個(gè)階段， 自動(dòng)歸零與測(cè)量階段。

　　圖2 LTC6802內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　2. 4. 2 均衡

　　LTC6802可采用內(nèi)部與外部?jī)煞N均衡方式。每個(gè)S輸出管腳內(nèi)部均與N 溝道MOSFET 相連。內(nèi)部MOS管最大導(dǎo)通電阻為20歐。當(dāng)采用內(nèi)部均衡時(shí)， 通過(guò)外部電阻與內(nèi)部MOSFET 串聯(lián)對(duì)電池放電。內(nèi)部MOSFET 也可用于控制外部均衡電路。

　　為獲得更大的放電電流， 提高放電效率， 通常采用外部均衡。S管腳內(nèi)部的10K 上拉電阻使其輸出可驅(qū)動(dòng)外電路中P 溝道MOSFET 的門(mén)極。通過(guò)外部串聯(lián)MOS管與電阻對(duì)電池放電。芯片內(nèi)部MOSFET的開(kāi)通與關(guān)斷由外部控制器對(duì)LTC6802進(jìn)行控制，芯片自身無(wú)法控制。

　　2. 4. 3 開(kāi)路檢測(cè)

　　LTC6802具有獨(dú)特的開(kāi)路檢測(cè)功能。此功能確保在開(kāi)路狀態(tài)下芯片獲得的電壓讀數(shù)不會(huì)被誤認(rèn)為是有效電壓值。

　　如圖3所示， 當(dāng)外部電路沒(méi)有濾波環(huán)節(jié)時(shí)， AD的輸入電阻將在開(kāi)路部分產(chǎn)生接近于0的電壓。內(nèi)部電流源用于判斷電池的真實(shí)狀態(tài)是否為開(kāi)路。例如， 當(dāng)C3斷開(kāi)時(shí)， 與C3連接的兩節(jié)電池B3、B4讀數(shù)接近于0。此時(shí)主機(jī)可通過(guò)命令開(kāi)啟LTC6802設(shè)置在AD于V - 之間的電流源。如C3 實(shí)際處于斷開(kāi)狀態(tài)， 則再次讀取數(shù)據(jù)時(shí)B3 為0, B4 接近B3 +B4+ 0. 5V。

　　圖3 開(kāi)路檢測(cè)電路

　　為了提高AD 的精度， 通常在外部電路增加濾波環(huán)節(jié)。如圖4所示， 當(dāng)外部增加RC 濾波環(huán)節(jié)時(shí)，開(kāi)路部分不會(huì)產(chǎn)生0 電壓值， 因?yàn)锳D 輸入阻抗過(guò)大不足以對(duì)輸入管腳所接的電容放電。當(dāng)C3 斷開(kāi)時(shí)， 經(jīng)過(guò)幾個(gè)測(cè)量周期， AD 輸入電阻對(duì)CF3、CF4充電。C3電位接近C2與C4中點(diǎn)。此時(shí)B3、B4的測(cè)量值并非實(shí)際值。如此時(shí)啟用內(nèi)部100uA 電流源，C3電位將被拉低， B3的值接近0, B4的值接近滿量程。檢測(cè)CN 點(diǎn)是否開(kāi)路的最好方法是比較啟用內(nèi)部100uA 電流源前后BN + 1節(jié)電池的電壓， 如果兩次測(cè)量的電壓值相差0. 2伏以上， 則可以判斷CN點(diǎn)開(kāi)路。

　　圖4 帶外部濾波的開(kāi)路檢測(cè)電路