在非完美電池管理系統(tǒng)中的故障監(jiān)視

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(xiàn)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(fā)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(tài)。

　　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(shù)量。所有 12 節(jié)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(shù)量可以在 4 節(jié)到 12 節(jié)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(shù)目的 LTC6801 彼此堆疊起來，以監(jiān)視非常高電壓系統(tǒng)中數(shù)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(tài)輸出時鐘向下傳遞至電池組中下一個較低端器件的狀態(tài)輸入引腳。狀態(tài)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(jiān)視受損電池的器件的狀態(tài)時鐘將停止電平變換。該靜態(tài)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(shù)器捕獲/比較功能部件) 均可用于監(jiān)視電池組中底端器件的狀態(tài)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(shù)量的 LTC6801 電池監(jiān)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(tài)信號。

　　提供一個用于狀態(tài)線的連續(xù)時鐘是一項重要的功能。使用一種靜態(tài)邏輯電平來指示所有的系統(tǒng)故障始終有可能在邏輯狀態(tài)中產生失效，這種失效會錯誤地指示系統(tǒng)一切正常。這將導致故障監(jiān)視電路失去作用。當采用一種定時方案時，監(jiān)視器件必須連續(xù)執(zhí)行某些操作以保持時鐘的運行，而且系統(tǒng)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。 -- 2010/2/24 19:27:11-->

　如果監(jiān)視器件有問題會怎么樣？

　　毫無疑問，通過冗余監(jiān)視提高了系統(tǒng)可靠性，但是怎樣才能確保監(jiān)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(zhí)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(zhí)行了所有自測試功能，而且不中斷電池狀態(tài)輸出時鐘。自測試檢查 4 個主要功能。

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

　　ADC 的數(shù)字部分也要測試。應用兩個測試信號，將產生由交替的“1”和“0”組成的數(shù)字輸出讀數(shù)。12 位輸出代碼將是 0xAAA 或 0x555。這證實沒有 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。如果開關的地址解碼器出現(xiàn)故障，那么一節(jié)或多節(jié)電池有可能被跳過，而其它電池則被重復測量。跳過電池會意味著，壞電池可能未被檢測到。其它多工器故障 (例如同時選擇多節(jié)電池或開關輸入之間短路) 會至少在一節(jié)電池輸入通道上產生過壓或欠壓指示。這種自測試確保每節(jié)電池都得到測量，或確保將錯誤被標記出來。

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

　　這種周期性的自測試增強了系統(tǒng)運行的可靠性。通過檢查執(zhí)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(jié)電池的充電狀態(tài)時，鋰離子電池的工作溫度是一個重要因素。溫度由LTC6802-1 等電池管理器件準確測量。故障監(jiān)視器件 LTC6801 還有兩個粗略的溫度輸入。這些讀數(shù)之所以是粗略的，是因為到溫度引腳的電壓輸入只是簡單地與 VREF/2 或 1.5V 門限作了比較。如果輸入電壓高于 1.5V，那么就被認為狀態(tài)良好，如果輸入低于該門限，就被認為出現(xiàn)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，可以形成簡單的溫度過高/過低監(jiān)視功能。如果環(huán)境溫度或特定的溫度點超出了預定的范圍，那么狀態(tài)輸出時鐘就中斷，所采用的方法與發(fā)生電池電壓故障時所用方法相同。

圖 5：粗略溫度檢測有可能通過到內部電壓比較器的兩個溫度輸入引腳完成。

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

　　結論

　　在系統(tǒng)中保持所有電池有正確的電量將延長昂貴的電池組的使用年限。在諸如電動型汽車等汽車系統(tǒng)以及不中斷電源備份系統(tǒng)中，這對獲得客戶滿意極其重要。采用 LTC6801 是一種經濟實惠的方式，它可通過冗余故障監(jiān)視改善鋰離子電池管理系統(tǒng)的長期可靠性。LTC6801 與更準確的電池管理系統(tǒng)一起運行，可提供一種復核功能，復核所有系統(tǒng)組件是否正常運行。如果運作失常，就會提供一個標記，以啟動解決問題的程序。這有助于給最終產品的可靠性增加安全性，這么做永遠都不是壞事。