基于LTC6801的電池管理系統 (BMS) 的故障監視

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

　　長(cháng)壽命電池電源面臨的挑戰

　　對于電動(dòng)車(chē)和大量其它類(lèi)型的便攜式設備來(lái)說(shuō)，電池已經(jīng)成為一種主要的非傳統能源。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(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。對于大功率應用來(lái)說(shuō)，如電動(dòng)型汽車(chē)，需要疊置數百個(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，可使用更細和重量更輕的導線(xiàn)。在這類(lèi)汽車(chē)應用中，駕駛員的安全是第一位的，接下來(lái)是車(chē)主的滿(mǎn)意度。因此，實(shí)現安全可靠的長(cháng)期運行有顯而易見(jiàn)的理由。為達到這個(gè)目的，每節電池的電量都必須得到持續監視，以在多年使用的情況下保持最佳水平。

　　在最簡(jiǎn)單的情況下，要求電路測量電池組中每節電池的電壓。這種測量一般是由一個(gè) AD 轉換器執行的，AD 轉換器將信息傳遞給一個(gè)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(shí)就不會(huì )超出一個(gè)嚴格的范圍，而超出這個(gè)范圍可能極大地縮短電池壽命。面對一個(gè)系統中可能有數百個(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(guò)一個(gè)內置的 12 位 ADC，它可以測量和報告多達 12 節電池以及兩個(gè)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(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的核心。

　　對于延長(cháng)電池的可用壽命來(lái)說(shuō)，仔細控制每節電池的充電狀態(tài)是極其重要的，但是這也許還不足以讓要求越來(lái)越高的汽車(chē)客戶(hù)滿(mǎn)意。就敏感電子產(chǎn)品而言，汽車(chē)展現了一種嚴酷和危險的運行環(huán)境。要想無(wú)憂(yōu)無(wú)慮地獲得長(cháng)久滿(mǎn)意，對系統進(jìn)行“假設”分析是必要的。幾個(gè)要考慮的問(wèn)題也許是：

　　如果連接電池的一條導線(xiàn)斷開(kāi)了會(huì )怎么樣?

　　如果電壓測量準確度偏移會(huì )怎么樣?

　　如果內部寄存器位保持某個(gè)數值不變，總是指示一個(gè)良好的電池電壓讀數，會(huì )怎么樣?

　　如果測量 IC 不知怎么被嚴重的系統電壓瞬態(tài)損壞了，會(huì )怎么樣?

　　潛伏最深的問(wèn)題可能使控制器錯誤地確定，一節電池或一個(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地過(guò)沖電，而系統卻一點(diǎn)兒都沒(méi)意識到。需要某個(gè)東西來(lái)“監視監視器”，以實(shí)現更高水平的可靠運行。

　　用 LTC6801 進(jìn)行電池管理系統 (BMS) 的故障監視

　　一種可替代完全冗余測量方法的方案是，將故障監視電路與測量器件并聯(lián)，以起到復核系統基本功能的作用。圖 1 電路顯示對一個(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 檢查每節電池的過(guò)壓/欠壓狀態(tài)。

　　通過(guò)按照指令測量和報告每節電池的電壓，并將放電電流加到電池上以分配每節電池的電量，LTC6802-1 成為該系統中的主要電子組件。數據通過(guò) SPI 串行數據鏈路傳送到控制器。同時(shí)，LTC6801 還監視電池組中的每節電池。不用系統控制器的干預，LTC6801 就能周期性地對每節電池的電壓采樣，并執行簡(jiǎn)單的欠壓和過(guò)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(xiàn)上提供一個(gè)差分時(shí)鐘信號。如果有任何事情不正確，那么這個(gè)時(shí)鐘就停止。至于問(wèn)題的本質(zhì)，LTC6801 不提供任何信息，因為它只是指示某件事不正確。這個(gè)時(shí)鐘一旦停止，那么控制器就可以執行診斷程序，以確定出現了什么問(wèn)題。