基于LTC6801的電池管理系統 (BMS) 的故障監視

　　提供一個(gè)用于狀態(tài)線(xiàn)的連續時(shí)鐘是一項重要的功能。使用一種靜態(tài)邏輯電平來(lái)指示所有的系統故障始終有可能在邏輯狀態(tài)中產(chǎn)生失效，這種失效會(huì )錯誤地指示系統一切正常。這將導致故障監視電路失去作用。當采用一種定時(shí)方案時(shí)，監視器件必須連續執行某些操作以保持時(shí)鐘的運行，而且系統的一切都必須處于正確的狀態(tài)，否則它將停止運作。在正常 (OK) 狀態(tài)中，故障信號不會(huì )被“阻塞”。為了增強抗邏輯噪聲性能，需沿著(zhù)電池組上下地對 LTC6801 進(jìn)行差分定時(shí)。對于高電壓電池組，常常需要提供針對控制器電源的隔離。當采用差分時(shí)鐘信號時(shí)，增設隔離變壓器是相當容易的。這是器件設計中另一項旨在強化容錯/安全性的考慮。

　　如果監視器件有問(wèn)題會(huì )怎么樣?

　　毫無(wú)疑問(wèn)，通過(guò)冗余監視提高了系統可靠性，但是怎樣才能確保監視器件本身正確運行呢?要防止不可檢測的故障模式，這一點(diǎn)非常重要。為了滿(mǎn)足這種要求，LTC6801 提供內置的自動(dòng)自測試功能。這種自測試功能可以按需啟動(dòng)，或者在每完成 1024 個(gè)電池測試周期后自動(dòng)執行，自動(dòng)測試用 17ms 時(shí)間就可以結束。圖 2 的電路顯示，可以怎樣連接 LTC6802-1 器件，以允許按需運行自測試功能。一個(gè)單獨的輸出引腳提供的信號表明該器件是否執行了所有自測試功能，而且不中斷電池狀態(tài)輸出時(shí)鐘。自測試檢查 4 個(gè)主要功能。

　　測試內容之一是，檢查 ADC、電壓基準和比較器是否正確運行。為了進(jìn)行這一測試，要對第二個(gè)內部電壓基準測量 3 次。第一次測量在一個(gè)嚴格的窗口內比較該基準與兩個(gè)門(mén)限值，而且絕不能產(chǎn)生超出范圍的指示。接著(zhù)，將較高的門(mén)限值降至一個(gè)僅低于所期望的電壓值，進(jìn)行第二次電壓基準測量，這時(shí)比較器應該產(chǎn)生一個(gè)過(guò)壓指示。最后，較低的門(mén)限設定為高于所期望的電壓，這時(shí)應該產(chǎn)生一個(gè)欠壓指示。這樣就可以有把握地確定，ADC 的模擬部分工作正常，而且比較門(mén)限可以改變并且是準確的。

　　ADC 的數字部分也要測試。應用兩個(gè)測試信號，將產(chǎn)生由交替的“1”和“0”組成的數字輸出讀數。12 位輸出代碼將是 0xAAA 或 0x555。這證實(shí)沒(méi)有 ADC 輸出位固定在高或低電平上。

　　連接電池的高壓多工器也要測試。如果開(kāi)關(guān)的地址解碼器出現故障，那么一節或多節電池有可能被跳過(guò)，而其它電池則被重復測量。跳過(guò)電池會(huì )意味著(zhù)，壞電池可能未被檢測到。其它多工器故障 (例如同時(shí)選擇多節電池或開(kāi)關(guān)輸入之間短路) 會(huì )至少在一節電池輸入通道上產(chǎn)生過(guò)壓或欠壓指示。這種自測試確保每節電池都得到測量，或確保將錯誤被標記出來(lái)。

　　第四個(gè)非常重要的自測試功能確定是否有電池連接是開(kāi)路的。就這項測試而言，對每節電池都用一個(gè)連接到電池每一端的 100uA 小吸收電流進(jìn)行測量。如果連接到電池的導線(xiàn)開(kāi)路，那么用于這節電池的 ADC 電壓輸入將被吸收電流拉低。對開(kāi)路導線(xiàn)之上的下一節電池的測量，將產(chǎn)生過(guò)壓指示并被標記出來(lái)。

　　這種周期性的自測試增強了系統運行的可靠性。通過(guò)檢查執行檢查功能的器件，可以更有把握地確定，所有事情都處于良好運行狀態(tài)。

　　粗略的溫度輸入

　　在了解每節電池的充電狀態(tài)時(shí)，鋰離子電池的工作溫度是一個(gè)重要因素。溫度由LTC6802-1 等電池管理器件準確測量。故障監視器件 LTC6801 還有兩個(gè)粗略的溫度輸入。這些讀數之所以是粗略的，是因為到溫度引腳的電壓輸入只是簡(jiǎn)單地與 VREF/2 或 1.5V 門(mén)限作了比較。如果輸入電壓高于 1.5V，那么就被認為狀態(tài)良好，如果輸入低于該門(mén)限，就被認為出現了故障。以圖 5 所示的分壓器形式安置諸如熱敏電阻等溫度傳感器和電阻器，可以形成簡(jiǎn)單的溫度過(guò)高/過(guò)低監視功能。如果環(huán)境溫度或特定的溫度點(diǎn)超出了預定的范圍，那么狀態(tài)輸出時(shí)鐘就中斷，所采用的方法與發(fā)生電池電壓故障時(shí)所用方法相同。

　　圖 5：粗略溫度檢測有可能通過(guò)到內部電壓比較器的兩個(gè)溫度輸入引腳完成。

　　這個(gè)例子在 -20°C 至 +60°C 的窗口中監視系統工作溫度。如果超出溫度限制，就標記出錯。

　　結論

　　在系統中保持所有電池有正確的電量將延長(cháng)昂貴的電池組的使用年限。在諸如電動(dòng)型汽車(chē)等汽車(chē)系統以及不中斷電源備份系統中，這對獲得客戶(hù)滿(mǎn)意極其重要。采用 LTC6801 是一種經(jīng)濟實(shí)惠的方式，它可通過(guò)冗余故障監視改善鋰離子電池管理系統的長(cháng)期可靠性。LTC6801 與更準確的電池管理系統一起運行，可提供一種復核功能，復核所有系統組件是否正常運行。如果運作失常，就會(huì )提供一個(gè)標記，以啟動(dòng)解決問(wèn)題的程序。這有助于給最終產(chǎn)品的可靠性增加安全性，這么做永遠都不是壞事。