基于LTC6801的電池管理系統 (BMS) 的故障監視

　　遠不止于一個(gè)簡(jiǎn)單的比較器

　　LTC6801 的設計仔細考慮了很多潛在的系統故障，同時(shí)還具有易用性。一個(gè)重要的設計要求是，允許該器件自動(dòng)運作，而無(wú)需任何軟件。惟一的外部需求是電源 (由電池組本身提供) 和一個(gè)使能時(shí)鐘信號。沒(méi)有使能時(shí)鐘輸入，LTC6801 就停留在一種靜態(tài)低功率狀態(tài)，僅從電池組抽取幾 uA 的電流。該使能時(shí)鐘可以由系統控制器或任何其它振蕩源 (諸如 LTC6906 硅振蕩器) 提供。一接收到時(shí)鐘信號，該器件就自動(dòng)喚醒并開(kāi)始監視所有電池。

　　圖 2：LTC6801 的內部電路提供的不僅是簡(jiǎn)單的比較器功能

　　REGULATOR：穩壓器

　　MUX：多工器

　　REFERENCE：基準

　　SELF TEST REFERENCE：自測試基準

　　DIGITAL COMPARATORS：數字比較器

　　DECODER：解碼器

　　UV/OV FLAGS AND CONTROL LOGIC：UV/OV標記和控制邏輯

　　“GOOD”：“良好”

　　圖 2 是 LTC6801 基本組件的方框圖。一個(gè) 12 位增量累加 AD 轉換器 (ADC) 對多達 12 節電池以及兩個(gè)溫度傳感器的電壓進(jìn)行濾波和數字化。一個(gè) 5V 的穩壓器和一個(gè)精確微調的 3V ADC 電壓基準是內置的。器件全部工作特性的設定都由將器件引腳搭接到 5V 穩壓器、3V 基準或 V- 來(lái)實(shí)現。無(wú)需外部組件。

　　圖 3：電池電壓報警門(mén)限的選擇是通過(guò)引腳搭接設定的。

　　單獨的引腳控制 OV 和 LV 門(mén)限，這樣它們就可以獨立設定。

　　Cell Voltage Thresholds：電池電壓門(mén)限

　　Cell Voltage：電池電壓

　　Pin Strap Programming Voltage Combinations：引腳搭接設定電壓組合

　　圖 3 繪出的是可設定的過(guò)壓和欠壓門(mén)限范圍。選擇過(guò)壓 (OV) 門(mén)限是為了使用具有3.3V 標稱(chēng)電壓和 4.2V 告警電平的鋰離子電池，而欠壓 (UV) 門(mén)限對電池電量耗盡提供一個(gè)合理的指示。OV 和 UV 門(mén)限由不同的引腳設定，因此任何組合都有可能。OV 和 UV 電平必須設定，以在不是太接近正常電池電壓時(shí)，就可指示某件事可能出錯了，否則有可能引起故障檢測電路出現討厭的跳變。

　　還有可能給這些門(mén)限設定高達 500mV 的固定遲滯。當檢測到的故障觸發(fā)的動(dòng)作有可能引起電池上的電壓變化時(shí)，如立即斷開(kāi)負載與電池組的連接，設定固定遲滯很有用。遲滯可以防止跳進(jìn)和跳出故障狀態(tài)。

　　另外兩個(gè)可以通過(guò)引腳搭接設定的功能是，電池檢查的重復率以及所連接的電池數量。所有 12 節電池以及溫度輸入都可以每隔 15ms、130ms 或 500ms 檢查一次。較小的占空比導致從電池組抽取的電源電流較小。電池數量可以在 4 節到 12 節之間設定。這確保只對實(shí)際連接的電池進(jìn)行故障檢測。

　　可以將任意數目的 LTC6801 彼此堆疊起來(lái)，以監視非常高電壓系統中數百個(gè)單獨的電池，見(jiàn)圖 4。啟用時(shí)鐘被緩沖，兩條信號線(xiàn)上的輸出連接到電池組中下一個(gè)較高端器件的使能輸入。啟用時(shí)鐘蜿蜒地進(jìn)出每個(gè)器件，一直到電池組的頂端。同樣，每個(gè)器件非常重要的狀態(tài)輸出時(shí)鐘向下傳遞至電池組中下一個(gè)較低端器件的狀態(tài)輸入引腳。狀態(tài)時(shí)鐘的頻率與啟用時(shí)鐘相同，并可位于 2kHz 至 50kHz 之間。如果任何時(shí)間在任何電池組的任何地方檢測到任何故障，則負責監視受損電池的器件的狀態(tài)時(shí)鐘將停止電平變換。該靜態(tài)條件將沿著(zhù)電池組向下傳播至底端器件。運用某種形式的邊緣檢測的任何器件 (例如：看門(mén)狗定時(shí)器或計數器捕獲/比較功能部件) 均可用于監視電池組中底端器件的狀態(tài)輸出線(xiàn)。當某個(gè)時(shí)鐘轉換被錯過(guò)時(shí)，該器件能夠產(chǎn)生信號以對一般性故障進(jìn)行維修。

　　圖 4：任何數量的 LTC6801 電池監視器都可以疊置。