利用LTC6801進(jìn)行電池管理系統(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(dòng)型汽車、不中斷電源、醫(yī)療儀器甚至電動(dòng)工具等應(yīng)用中，用電池作電源是一種持續(xù)不斷的發(fā)展趨勢(shì)，這些應(yīng)用每種都有不同程度的可靠性預(yù)期。

　　長壽命電池電源面臨的挑戰(zhàn)

　　對(duì)于電動(dòng)車和大量其它類型的便攜式設(shè)備來說，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)用來說，如電動(dòng)型汽車，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。在這類汽車應(yīng)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(shí)現(xiàn)安全可靠的長期運(yùn)行有顯而易見的理由。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(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。通過一個(gè)內(nèi)置的 12 位 ADC，它可以測量和報(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)于延長電池的可用壽命來說，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越高的汽車客戶滿意。就敏感電子產(chǎn)品而言，汽車展現(xiàn)了一種嚴(yán)酷和危險(xiǎn)的運(yùn)行環(huán)境。要想無憂無慮地獲得長久滿意，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行“假設(shè)”分析是必要的。幾個(gè)要考慮的問題也許是：

　　如果連接電池的一條導(dǎo)線斷開了會(huì)怎么樣?

　　如果電壓測量準(zhǔn)確度偏移會(huì)怎么樣?

　　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?

　　如果測量 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量。之后，這些電池可能完全放電或被危險(xiǎn)地過沖電，而系統(tǒng)卻一點(diǎn)兒都沒意識(shí)到。需要某個(gè)東西來“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(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)合電池測量與故障檢測，以提高可靠性。

　　LTC6802 提供準(zhǔn)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(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 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(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)了什么問題。