LTC6802在電池管理系統中的應用分析

1 引言

　　 電池的正常使用是電動(dòng)汽車(chē)能夠安全可靠行駛的重要保證。過(guò)度充電或過(guò)度放電均會(huì )對電池造成嚴重危害， 因此必需對電池組中的每節電池進(jìn)行嚴格的監控。LTC6802是凌力爾特公司推出的一款高度集成的電池監測芯片。LTC6802 能同時(shí)監測12節電池， 其外圍電路簡(jiǎn)單， 在電池管理系統中的應用大大簡(jiǎn)化了系統的結構， 有效地降低了產(chǎn)品成本。同時(shí)， 其12位的高分辨率也保證了系統的精度要求。

　　2 LTC6802簡(jiǎn)介

　　2. 1 功能簡(jiǎn)介

　　LTC6802是一款電池監測芯片， 內部包括12位分辨率的模數轉換器， 高精度電壓參考源， 高電壓輸入多路轉換器和串行接口。每片LTC6802 可測量12節串聯(lián)電池電壓， 最大允許測量電壓60伏?？赏瑫r(shí)監測全部電池電壓或單獨監測串聯(lián)電池中的任一節電池。芯片采用獨特的電平移動(dòng)串行接口， 多片LTC6802可直接串聯(lián)， 芯片之間無(wú)需光耦或隔離器件。

　　多片LTC6802串聯(lián)時(shí)可同時(shí)工作， 全部串聯(lián)電池的電壓測量時(shí)間在13ms 以?xún)?。為減小功耗，LTC6802還可對每節電池的過(guò)電壓與欠電壓狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。芯片每個(gè)電池輸入端內部連接有MOS開(kāi)關(guān)用于對過(guò)充電池放電。

　　2. 2 LTC6802 性能概要

　　0. 25% 的最大總測量誤差(從- 40℃ ~ 85℃ )

　　可堆疊式架構實(shí)現1000V +系統

　　固有FIR濾波處理電路的delta- sigma ADC

　　具有數據包誤差檢驗功能的1MH z串行接口

　　用于電池放電的片上FET

　　溫度傳感器輸入

　　內置精確3V 基準和5V 穩壓器

　　診斷和故障檢測

　　2. 3 引腳介紹

　　如圖1 所示， V +: 器件工作電源正端， 芯片工作電源由電池提供， V + 與電池組總正相連; C12 -C1: 電池電壓輸入端; S12 - S1: 電池均衡控制端;V-: 電源負端， 與電池組總負相連; VTEMP1, VTEMP2:溫度傳感器輸入端; VREF: 3. 075電壓基準; VREG:線(xiàn)性電壓基準; TOS: 芯片在串聯(lián)組中位置選擇端;MMB: 監控模式選擇端; WDTB: 看門(mén)狗輸出; GPIO1,GPIO2: 通用I/O 口; VMODE: 通訊模式選擇端;SCK I、SD I、SDO、CSBI: SPI接口; CSBO、SBOI、SCKO:級聯(lián)時(shí)與下一級芯片通訊的SPI接口。

　　圖1 LTC6802芯片引腳圖

　　2. 4 工作原理

　　2. 4. 1 delta- sigm a模數轉換

　　如圖2所示， LTC6802通過(guò)輸入多路選擇器將輸入的電池電壓與12位delta- sigm a模數轉換器相連， 內部10ppm電壓基準源為L(cháng)TC6802提供高精度模數轉換用的參考源。LTC6802內部含有一個(gè)二階de lta- sigma 模數轉換器，模數轉換器利用重建濾波器可以消除轉換過(guò)程中產(chǎn)生的高頻噪聲，從而提供一個(gè)高精度的數字量輸出， 其后跟隨一二階FIR濾波器。delta- sigma 模數轉換器的前端采樣頻率為512K, 大大降低了對輸入端外部濾波環(huán)節的需求。每次轉換包含兩個(gè)階段， 自動(dòng)歸零與測量階段。

　　圖2 LTC6802內部結構圖

　　2. 4. 2 均衡

　　LTC6802可采用內部與外部?jì)煞N均衡方式。每個(gè)S輸出管腳內部均與N 溝道MOSFET 相連。內部MOS管最大導通電阻為20歐。當采用內部均衡時(shí)， 通過(guò)外部電阻與內部MOSFET 串聯(lián)對電池放電。內部MOSFET 也可用于控制外部均衡電路。

　　為獲得更大的放電電流， 提高放電效率， 通常采用外部均衡。S管腳內部的10K 上拉電阻使其輸出可驅動(dòng)外電路中P 溝道MOSFET 的門(mén)極。通過(guò)外部串聯(lián)MOS管與電阻對電池放電。芯片內部MOSFET的開(kāi)通與關(guān)斷由外部控制器對LTC6802進(jìn)行控制，芯片自身無(wú)法控制。

　　2. 4. 3 開(kāi)路檢測

　　LTC6802具有獨特的開(kāi)路檢測功能。此功能確保在開(kāi)路狀態(tài)下芯片獲得的電壓讀數不會(huì )被誤認為是有效電壓值。

　　如圖3所示， 當外部電路沒(méi)有濾波環(huán)節時(shí)， AD的輸入電阻將在開(kāi)路部分產(chǎn)生接近于0的電壓。內部電流源用于判斷電池的真實(shí)狀態(tài)是否為開(kāi)路。例如， 當C3斷開(kāi)時(shí)， 與C3連接的兩節電池B3、B4讀數接近于0。此時(shí)主機可通過(guò)命令開(kāi)啟LTC6802設置在A(yíng)D于V - 之間的電流源。如C3 實(shí)際處于斷開(kāi)狀態(tài)， 則再次讀取數據時(shí)B3 為0, B4 接近B3 +B4+ 0. 5V。

　　圖3 開(kāi)路檢測電路

　　為了提高AD 的精度， 通常在外部電路增加濾波環(huán)節。如圖4所示， 當外部增加RC 濾波環(huán)節時(shí)，開(kāi)路部分不會(huì )產(chǎn)生0 電壓值， 因為AD 輸入阻抗過(guò)大不足以對輸入管腳所接的電容放電。當C3 斷開(kāi)時(shí)， 經(jīng)過(guò)幾個(gè)測量周期， AD 輸入電阻對CF3、CF4充電。C3電位接近C2與C4中點(diǎn)。此時(shí)B3、B4的測量值并非實(shí)際值。如此時(shí)啟用內部100uA 電流源，C3電位將被拉低， B3的值接近0, B4的值接近滿(mǎn)量程。檢測CN 點(diǎn)是否開(kāi)路的最好方法是比較啟用內部100uA 電流源前后BN + 1節電池的電壓， 如果兩次測量的電壓值相差0. 2伏以上， 則可以判斷CN點(diǎn)開(kāi)路。

　　圖4 帶外部濾波的開(kāi)路檢測電路