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汽車能夠安全可靠行駛的重要保證。過度充電或過度放電均會對電池造成嚴重危害， 因此必需對電池組中的每節電池進行嚴格的監控。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 能同時監測12節電池， 其外圍電路簡單， 在電池管理系統中的應用大大簡化了系統的結構， 有效地降低了產品成本。同時， 其12位的高分辨率也保證了系統的精度要求。

　　2 LTC6802簡介

　　2. 1 功能簡介

　　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節串聯電池電壓， 最大允許測量電壓60伏?？赏瑫r監測全部電池電壓或單獨監測串聯電池中的任一節電池。芯片采用獨特的電平移動串行接口， 多片LTC6802可直接串聯， 芯片之間無需光耦或隔離器件。

　　多片LTC6802串聯時可同時工作， 全部串聯電池的電壓測量時間在13ms 以內。為減小功耗，LTC6802還可對每節電池的過電壓與欠電壓狀態進行實時監控。芯片每個電池輸入端內部連接有MOS開關用于對過充電池放電。

　　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:線性電壓基準; TOS: 芯片在串聯組中位置選擇端;MMB: 監控模式選擇端; WDTB: 看門狗輸出; 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:級聯時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LTC6802提供高精度模數轉換用的參考源。LTC6802內部含有一個二階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程中產生的高頻噪聲，從而提供一個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節的需求。每次轉換包含兩個階段， 自動歸零與測量階段。

　　圖2 LTC6802內部結構圖

　　2. 4. 2 均衡

　　LTC6802可采用內部與外部兩種均衡方式。每個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， 通過外部電阻與內部MOSFET 串聯對電池放電。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外電路中P 溝道MOSFET 的門極。通過外部串聯MOS管與電阻對電池放電。芯片內部MOSFET的開通與關斷由外部控制器對LTC6802進行控制，芯片自身無法控制。

　　2. 4. 3 開路檢測

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

　　如圖3所示， 當外部電路沒有濾波環節時， AD的輸入電阻將在開路部分產生接近于0的電壓。內部電流源用于判斷電池的真實狀態是否為開路。例如， 當C3斷開時， 與C3連接的兩節電池B3、B4讀數接近于0。此時主機可通過命令開啟LTC6802設置在AD于V - 之間的電流源。如C3 實際處于斷開狀態， 則再次讀取數據時B3 為0, B4 接近B3 +B4+ 0. 5V。

　　圖3 開路檢測電路

　　為了提高AD 的精度， 通常在外部電路增加濾波環節。如圖4所示， 當外部增加RC 濾波環節時，開路部分不會產生0 電壓值， 因為AD 輸入阻抗過大不足以對輸入管腳所接的電容放電。當C3 斷開時， 經過幾個測量周期， AD 輸入電阻對CF3、CF4充電。C3電位接近C2與C4中點。此時B3、B4的測量值并非實際值。如此時啟用內部100uA 電流源，C3電位將被拉低， B3的值接近0, B4的值接近滿量程。檢測CN 點是否開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點開路。

　　圖4 帶外部濾波的開路檢測電路