電池管理系統(tǒng)模擬前端芯片 - ADI LTC6813介紹
為了更好地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,清潔能源(風(fēng),光,電)目前已成為替代傳統(tǒng)石油等燃料能源的最好選擇。特別是新能源電池,已經(jīng)在新能源汽車動(dòng)力電池和儲(chǔ)能模塊開始被大規(guī)模應(yīng)用。特斯拉純電動(dòng)車、包括國(guó)內(nèi)的新能源車企已經(jīng)率先進(jìn)行轉(zhuǎn)型,從傳統(tǒng)燃油車向新能源車轉(zhuǎn)變,而動(dòng)力電池作為新能源車的關(guān)鍵部件,其安全性尤為重要。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202205/434587.htmBMS 及 BMS AFE 簡(jiǎn)介
BMS 全稱是 Battery Management System,電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。為保證電池安全可靠地運(yùn)行,電池管理系統(tǒng)需要具備電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)估,充放電控制、電池均衡等功能:
? 實(shí)時(shí)監(jiān)控、采集電池的狀態(tài)參數(shù)(包括但不限于單體電池電壓、電池極柱溫度、電池回路電流、電池組端電壓、電池系統(tǒng)絕緣電阻等)
? 對(duì)相關(guān)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行必要的分析計(jì)算,得到更多的統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估參數(shù)
? 根據(jù)特定保護(hù)控制策略,實(shí)現(xiàn)對(duì)電池本體的有效管控,保證整個(gè)電池單元的安全可靠運(yùn)行
? 通過自身的通信接口、模擬/數(shù)字輸入輸出接口與外部其他設(shè)備進(jìn)行信息交互
當(dāng)檢測(cè)電芯狀態(tài)(電壓和溫度)時(shí),我們需要用到 BMS AFE(電池管理系統(tǒng)模擬前端芯片),它是一種多路采樣通道的監(jiān)控芯片,能對(duì)串聯(lián)的電芯進(jìn)行電芯電壓和溫度的監(jiān)測(cè)。模擬前端芯片一般包括16位 ADC、高精度電壓基準(zhǔn)、高壓多路復(fù)用器、以及一個(gè) SPI 接口,通常應(yīng)用于電動(dòng)汽車、高壓移動(dòng)設(shè)備、備用電池系統(tǒng)和高壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
以下將為大家介紹 ADI LTC6813 高精度鋰電池電芯采樣芯片。
ADI LTC6813 采樣芯片的特征
? 可測(cè)量多達(dá) 12 個(gè)串聯(lián)電芯的電壓,并支持菊花鏈通信
? 采樣范圍為 0V ~ 5V
? 總測(cè)量誤差不超過 2.2mV
? 使用隔離式串行通信
? 經(jīng)過 AEC - Q100 認(rèn)證
? 被動(dòng)均衡最大可達(dá) 200mA,芯片顆配置 PWM 控制
? 有9個(gè) GPIO 口
? eLQFP 64 引腳封裝
? 耐壓為 112.5V
? 工作溫度范圍為 –40°C ~ 125°C
ADI LTC6813 采樣芯片最多18通道電芯采樣,支持菊花鏈雙絞線級(jí)聯(lián),它的基本架構(gòu)如下圖(圖1)所示:
圖1 ADI LTC6813 采樣芯片基本架構(gòu)
ADI LTC6813 采樣芯片的均衡功能
ADI LTC6813 采樣芯片支持內(nèi)部和外部均衡,但一般建議使用外部均衡,它能支持更大電流,并且能有更好的浪涌抑制。超過 200mA 的均衡電流,我們建議也使用外部均衡,因?yàn)閮?nèi)部均衡會(huì)導(dǎo)致過熱,均衡電阻選擇通常在 20ohm ~ 60ohm。
ADI LTC6813 采樣芯片內(nèi)部均衡結(jié)構(gòu),如下圖(圖2)所示:
圖2 ADI LTC6813 采樣芯片內(nèi)部均衡結(jié)構(gòu)
ADI LTC6813 采樣芯片外部 MOS 均衡結(jié)構(gòu),如下圖(圖3)所示:
圖3 ADI LTC6813 采樣芯片外部 MOS均衡結(jié)構(gòu)
LTC681x 時(shí)序介紹
ADI LTC6813 芯片提供4線 SPI 接口,能直接和 MCU 單片機(jī)連接通信,同時(shí)提供 isoSPI 2線接口,并需要 LTC6820 橋接芯片轉(zhuǎn)為 SPI 接口再和 MCU 單片機(jī)連接。LTC6813 需要接收喚醒信號(hào)之后才能正常通信:
? 如果 pin 腳 SIOMD 拉低,Port A為 SPI 模式,CSB 低有效信號(hào)會(huì)喚醒 SPI 接口
? 如果 ISOMD 拉高,Port A為 isoSPI 模式,IPA-IMA(或者IPB-IMB)的差分有效信號(hào)會(huì)喚醒 isoSPI 接口。LTC6813-1 在 tWAKE or tREADY 時(shí)間內(nèi) isoSPI 狀態(tài)變?yōu)?READY,能進(jìn)行通信。
ADI LTC6813 采樣芯片不同工作模式的切換,如下圖(圖4)所示:
圖4 ADI LTC6813 采樣芯片不同工作模式的切換
ADI LTC6813 采樣芯片喚醒時(shí)序和空閑計(jì)時(shí)器結(jié)構(gòu),如下圖(圖5)所示:
圖5 ADI LTC6813 采樣芯片喚醒時(shí)序和空閑計(jì)時(shí)器結(jié)構(gòu)
ADI LTC6813 內(nèi)部 ADC 模式
ADI LTC6813 內(nèi)部采樣 ADC 提供不同的 ADC 模式,以便應(yīng)對(duì)不同的外部應(yīng)用工況:
? 基于采樣速率和精度的考慮,推薦 7KHz 的 ADC 模式,ADC 有比較好的精度和比較低的總測(cè)量誤差
? 如果在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景有更低的頻率噪聲,可以選擇 1KHz 甚至 422Hz,更低的帶寬,但會(huì)增加 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)間
ADI LTC6813 采樣芯片內(nèi)部 ADC 不同模式下,ADCV 測(cè)量18串電芯的轉(zhuǎn)換時(shí)間如下表所示:
ADI LTC6813 芯片采樣功能
ADI LTC6813 采樣芯片內(nèi)部 ADC 會(huì)接收外部輸入的電芯模擬電壓信號(hào),從而芯片內(nèi)部進(jìn)行數(shù)字處理:
? ADCV 命令會(huì)執(zhí)行電池電壓芯片 C0 到 C18 輸入的采樣
? LTC6813-1內(nèi)部有3個(gè) ADC,通過復(fù)用器來采樣18串電芯電壓
? 如下圖(圖6)為常溫下用 ADI 官方 Linduino 軟件上位機(jī)讀到的電壓數(shù)據(jù),每個(gè)電芯讀到的數(shù)據(jù)與實(shí)際電芯實(shí)測(cè)的電壓數(shù)據(jù)偏差 2mV 以內(nèi)
圖6 ADI 官方 Linduino 軟件上位機(jī)讀到的電壓數(shù)據(jù)
ADI LTC6813 采樣芯片熱插拔測(cè)試
ADI LTC6813 C18 和 S18 PIN 在電池接入時(shí)將受到影響。但如果用外部均衡 MOS 管,外部插拔造成的浪涌會(huì)因?yàn)?S pin 串聯(lián)的 4.7kohm 抑制,故 S18 pin 腳到地的電壓會(huì)較為安全,C18 pin 腳到地的電壓則因?yàn)檩斎隦C電路,也會(huì)很安全。LTC6813 芯片部分采樣輸入電路示意圖,如下圖(圖7)所示:
圖7 ADI LTC6813 采樣芯片部分采樣輸入電路示意圖
isoSPI 通信介紹
菊花鏈通信已經(jīng)在 BMS 中大量應(yīng)用,可以支持更高的電池包電壓。LTC6820 是 MCU 單片機(jī)和 AFE 采樣芯片之間的橋接芯片,能將4線 SPI 信號(hào)轉(zhuǎn)成兩線 isoSPI 通信的信號(hào),isoSPI 通信用變壓器或者電容隔離。ADI LTC6813 采樣芯片配合 LTC6820 菊花鏈結(jié)構(gòu)接法,如下圖(圖8)所示:
圖8 ADI LTC6813 采樣芯片配合 LTC6820 菊花鏈結(jié)構(gòu)接法
ADI LTC6813 isoSPI 菊花鏈通信測(cè)試
ADI LTC6813 采樣芯片能支持 30m 以上的菊花鏈雙絞線,通信穩(wěn)固,且采樣數(shù)據(jù)精確。LTC6813 isoSPI 菊花鏈通信測(cè)試模塊組成,如下圖(圖9)所示:
圖9 ADI LTC6813 采樣芯片 isoSPI 菊花鏈通信測(cè)試模塊組成
isoSPI IP&IM waveform 菊花鏈波形效果,如下圖(圖10)所示:
圖10 isoSPI IP&IM waveform 菊花鏈波形效果
總結(jié)
ADI LTC6813 是一款高精度鋰電池電芯采樣芯片,采樣通道多達(dá)18串。該系列支持多路采樣,具有高精度,熱插拔性能優(yōu)異,穩(wěn)固通信的優(yōu)勢(shì)。不少客戶應(yīng)用該芯片已成功通過汽車 EMC 測(cè)試,并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。為支持更高電芯電壓采樣精度,ADI 同時(shí)也在持續(xù)研發(fā)新一代電芯采樣芯片。欲了解更多技術(shù)細(xì)節(jié)和 ADI 相關(guān)方案,您可聯(lián)系駿龍科技各地辦事處。駿龍科技的技術(shù)人員愿意為您提供更詳細(xì)的技術(shù)支持。
評(píng)論