通過LTC6801故障監視IC提高電池組的長期可靠性

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 12 位增量累加 AD 轉換器 (ADC) 對多達 12 節電池以及兩個溫度傳感器的電壓進行濾波和數字化。一個 5V 的穩壓器和一個精確微調的 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- 來實現。無需外部組件。

圖 3：電池電壓報警門限的選擇是通過引腳搭接設定的。單獨的引腳控制 OV 和 LV 門限，這樣它們就可以獨立設定。

Cell Voltage Thresholds：電池電壓門限

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壓和欠壓門限范圍。選擇過壓 (OV) 門限是為了使用具有3.3V 標稱電壓和 4.2V 告警電平的鋰離子電池，而欠壓 (UV) 門限對電池電量耗盡提供一個合理的指示。OV 和 UV 門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，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。

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

另外兩個可以通過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。這確保只對實際連接的電池進行故障檢測。

可以將任意數目的 LTC6801 彼此堆疊起來，以監視非常高電壓系統中數百個單獨的電池，見圖 4。啟用時鐘被緩沖，兩條信號線上的輸出連接到電池組中下一個較高端器件的使能輸入。啟用時鐘蜿蜒地進出每個器件，一直到電池組的頂端。同樣，每個器件非常重要的狀態輸出時鐘向下傳遞至電池組中下一個較低端器件的狀態輸入引腳。狀態時鐘的頻率與啟用時鐘相同，并可位于 2kHz 至 50kHz 之間。如果任何時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時鐘將停止電平變換。該靜態條件將沿著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：看門狗定時器或計數器捕獲/比較功能部件) 均可用于監視電池組中底端器件的狀態輸出線。當某個時鐘轉換被錯過時，該器件能夠產生信號以對一般性故障進行維修。

圖 4：任何數量的 LTC6801 電池監視器都可以疊置。

由于疊置的器件工作電壓不同，因此需要 AC 耦合使能和狀態信號。

提供一個用于狀態線的連續時鐘是一項重要的功能。使用一種靜態邏輯電平來指示所有的系統故障始終有可能在邏輯狀態中產生失效，這種失效會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。當采用一種定時方案時，監視器件必須連續執行某些操作以保持時鐘的運行，而且系統的一切都必須處于正確的狀態，否則它將停止運作。在正常 (OK) 狀態中，故障信號不會被“阻塞”。為了增強抗邏輯噪聲性能，需沿著電池組上下地對 LTC6801 進行差分定時。對于高電壓電池組，常常需要提供針對控制器電源的隔離。當采用差分時鐘信號時，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。

如果監視器件有問題會怎么樣?

毫無疑問，通過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，這一點非常重要。為了滿足這種要求，LTC6801 提供內置的自動自測試功能。這種自測試功能可以按需啟動，或者在每完成 1024 個電池測試周期后自動執行，自動測試用 17ms 時間就可以結束。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輸出時鐘。自測試檢查 4 個主要功能。