本文将阐述如何通过使用LTC6801故障监视IC,提高一种高压锂离子电池组的长期可靠性。在电动型汽车、不中断电源、医疗仪器甚至电动工具等应用中,用电池作电源是一种持续不断的发展趋势,这些应用每种都有不同程度的可靠性预期。
长寿命电池电源面对的挑战
关于电动汽车和大量其它类型的便携式设备来说,电池已经成为一种重要的非传统能源。锂离子电池非常受欢迎,因为与具有相同能量密度的其它化学组成的电池相比,锂离子电池的能量密度允许锂离子电池组更小、更轻。关于大功率应用来说,如电动型汽车,要叠置数百个电池以形成一个高压电源,这种电源出现更小的电流,可使用更细和重量更轻的导线。在这类汽车应用中,驾驶员的安全是第一位的,接下来是车主的满意度。因此,实现安全可靠的长期运行有显而易见的理由。为达到这个目的,每节电池的电量都必须得到持续监视,以在多年使用的情况下保持最佳水平。
在最简单的情况下,要求电路测量电池组中每节电池的电压。这种测量一般是由一个AD转换器执行的,AD转换器将信息传递给一个微控制器。该控制器细致地管理所有电池的充电和放电,这样电池工作时就不会超出一个严格的范围,而超出这个范围可能极大地缩短电池寿命。面对一个系统中可能有数百个单个电池的情况,一种集成式测量电路可以极大地节省组件数。凌力尔特公司供应的LTC6802就是这样一种集成式功能构件。通过一个内置的12位ADC,它可以测量和报告多达12节电池以及两个温度传感器上的电压。任何数量的电池都可以相互叠置,所测得的每一组(由12个电池组成)电压串行传送到一个主微控制器。这些测量器件和控制器形成了电池管理系统的核心。
关于延长电池的可用寿命来说,仔细控制每节电池的充电状态是极其重要的,但是这也许还不足以让要求越来越高的汽车客户满意。就敏感电子产品而言,汽车展现了一种严酷和危险的运行环境。要想无忧无虑地获得长久满意,对系统进行假设分析是必要的。几个要考虑的问题也许是:
假如连接电池的一条导线断开了会怎么样?
假如电压测量准确度偏移会怎么样?
假如内部寄存器位保持某个数值不变,总是指示一个良好的电池电压读数,会怎么样?
假如测量IC不知怎么被严重的系统电压瞬态损坏了,会怎么样?
潜伏最深的问题可能使控制器错误地确定,一节电池或一个电池组处于完美状态,而事实是,电池或电池组未以正确方法测量。之后,这些电池可能完全放电或被危险地过冲电,而系统却一点儿都没意识到。要某个东西来监视监视器,以实现更高水平的可靠运行。
用LTC6801进行电池管理系统(BMS)的故障监视
一种可替代完全冗余测量方法的方法是,将故障监视电路与测量器件并联,以起到复核系统基本功能的用途。图1电路显示对一个由12个锂离子电池组成的电池组执行的这种方法,该方法使用一个LTC6802测量器件和一个伴随的LTC6801故障监视器件。
图1:结合电池测量与故障检测,以提高可靠性。
LTC6802供应准确的测量,而LTC6801检查每节电池的过压/欠压状态。
通过按照指令测量和报告每节电池的电压,并将放电电流加到电池上以分配每节电池的电量,LTC6802-1成为该系统中的重要电子组件。数据通过SpI串行数据链路传送到控制器。同时,LTC6801还监视电池组中的每节电池。不用系统控制器的干预,LTC6801就能周期性地对每节电池的电压采样,并执行简单的欠压和过压比较。假如所有情况都正常,那么LTC6801就在状态输出(StatusOutput)线上供应一个差分时钟信号。假如有任何事情不正确,那么这个时钟就停止。至于问题的本质,LTC6801不供应任何信息,因为它只是指示某件事不正确。这个时钟一旦停止,那么控制器就可以执行诊断程序,以确定出现了什么问题。