【推薦閱讀】
第四代高壓電池組監(jiān)視器使電池電源管理更加先進(jìn)
發(fā)布時(shí)間:2016-05-13 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】如果希望鋰離子電池在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可靠工作,就需要非常謹(jǐn)慎地對(duì)待它。這類電池不能在其充電狀態(tài)(SOC)的極限上運(yùn)行。隨著時(shí)間推移和不斷使用,鋰離子電池的容量會(huì)下降并出現(xiàn)偏離,因此必須管理系統(tǒng)中的每一節(jié)電池,以保持所有電池都處于限定的SOC范圍之內(nèi)。
為了給車輛提供充足的電力,需要數(shù)十或數(shù)百節(jié)電池。這些電池配置成一長(zhǎng)串,提供高達(dá) 1000V 甚至更高的電壓。電池管理電子電路必須在這種電壓非常高的環(huán)境中運(yùn)行,并抑制共模電壓效應(yīng),同時(shí)差異化地測(cè)量和控制電池串中的每一節(jié)電池。電池管理電子電路必須能夠?qū)?lái)自電池組的信息傳送到一個(gè)中心點(diǎn),以對(duì)其進(jìn)行處理。
此外,在車輛或其他大功率應(yīng)用中使用高壓電池組以后,會(huì)伴隨出現(xiàn)一些棘手的情況,例如工作時(shí)電氣噪聲非常大,溫度范圍非常寬。人們希望電池管理電子電路可最大限度地?cái)U(kuò)大工作范圍、延長(zhǎng)壽命、提高安全性和可靠性,同時(shí)最大限度降低成本、減小尺寸和重量。
2008 年,凌力爾特宣布推出首款高性能多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器 LTC6802。其主要特色包括:以 0.25% 的最大總體測(cè)量誤差、在 13ms 內(nèi)測(cè)量多達(dá) 12 節(jié)鋰離子電池;很多 LTC6802 IC 可以串聯(lián)連接,以同時(shí)監(jiān)視很長(zhǎng)的高壓電池串中的所有電池。多年來(lái),凌力爾特不斷改進(jìn) LTC6802,提供了很多新的版本。所有這些版本都是為了在混合動(dòng)力 / 電動(dòng)型汽車 (HEV)、電動(dòng)汽車 (EV) 以及針對(duì)其他高壓、大功率電池組提供精確的電池管理。
最先進(jìn)的高壓電池組監(jiān)視器
LTC6811 是凌力爾特公司最新的多節(jié)電池之電池組監(jiān)視器,采用了超級(jí)穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)、高壓多路復(fù)用器、16 位增量累加 ADC 和 1Mbps 隔離式串行接口。LTC6811 以好于 0.04% 的準(zhǔn)確度測(cè)量多達(dá) 12 節(jié)串聯(lián)連接電池的電壓。憑借 8 個(gè)可編程 3 階低通濾波器,LTC6811 可非常出色地降低噪聲。在最快速 ADC 模式,可在 290μs 內(nèi)完成全部電池的測(cè)量。
通過(guò)凌力爾特公司專有的兩線 isoSPI 接口,多個(gè) LTC6811 可以互連并同時(shí)工作。每個(gè) LTC6811 都集成了 isoSPI 接口,以直至 1Mbps 都能提供很高的抗 RF 噪聲性能,并在僅用雙絞線的情況,允許使用長(zhǎng)達(dá) 100 米的電纜。LTC6811 提供兩種通信選擇:使用 LTC6811-1 時(shí),以菊花鏈方式連接多個(gè)器件,所有器件都連至一個(gè)主處理器;使用 LTC6811-2 時(shí),多個(gè)器件并聯(lián)連接至主處理器,每個(gè)器件是單獨(dú)尋址的。
LTC6811 為在 -40°C 至 125°C 溫度范圍內(nèi)工作做了全面規(guī)定。該器件是面向 ISO 26262 (ASIL) 兼容系統(tǒng)設(shè)計(jì)的,通過(guò)其冗余電壓基準(zhǔn)、邏輯測(cè)試電路、交叉通道測(cè)試、開(kāi)路檢測(cè)功能、看門(mén)狗定時(shí)器和串行接口數(shù)據(jù)包差錯(cuò)檢驗(yàn),提供了非常大的容錯(cuò)范圍。就采用凌力爾特 LTC6804 的現(xiàn)有設(shè)計(jì)而言,LTC6811 是一款引腳兼容型替代產(chǎn)品,且具備額外的濾波器截止頻率、額外的被動(dòng)和主動(dòng)平衡控制功能、新的 ADC 命令以及額外的容錯(cuò)范圍以保證功能安全性。
圖1: 多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器
ISO 26262 和功能安全性
LTC6811 可用來(lái)實(shí)現(xiàn)具備以下特點(diǎn)的系統(tǒng):具備高可靠性、高穩(wěn)定性和高測(cè)量準(zhǔn)確度,將在高壓、極端溫度、熱插拔和具電氣噪聲的環(huán)境中運(yùn)行很多年。LTC6811 還支持 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)所定義的汽車的功能安全性。ISO 26262 系統(tǒng)化地應(yīng)對(duì)了汽車中的電子和電氣系統(tǒng)故障引起的潛在危險(xiǎn)。這就要求系統(tǒng)必須不斷確認(rèn)關(guān)鍵電子電路處于正常運(yùn)行狀態(tài),例如電池電壓測(cè)量電子電路。為了做到這一點(diǎn),LTC6811 提供廣泛的內(nèi)部診斷功能,以驗(yàn)證這類電子電路是否正常運(yùn)行:
電池和監(jiān)視器之間的開(kāi)路檢測(cè)
輔助電壓基準(zhǔn)以確認(rèn)主基準(zhǔn)準(zhǔn)確度在 ±5mV 之內(nèi)
對(duì) 12 節(jié)電池組成的電池組進(jìn)行電壓測(cè)量,確認(rèn)電池測(cè)量準(zhǔn)確度在 ±0.25% 之內(nèi)
雙通道測(cè)量以確認(rèn)多路復(fù)用器和 ADC 準(zhǔn)確度在 0.01% 之內(nèi)
同時(shí)進(jìn)行雙濾波器測(cè)量以確認(rèn)濾波器正常工作
內(nèi)部電源電壓測(cè)量
存儲(chǔ)器自測(cè)試
利用通用 I/O,通過(guò)傳感器和外部器件進(jìn)行冗余監(jiān)視
準(zhǔn)確度
為了實(shí)現(xiàn)卓越的準(zhǔn)確度,LTC6811 采用了一個(gè)專用掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)。掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)隨時(shí)間和工作條件變化,提供出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。結(jié)果是,LTC6811 能夠以不到 1.2mV 的誤差測(cè)量所有電池。
圖2:掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)的出色溫度漂移性能
此外,即使在有噪聲情況下,LTC6811 也可通過(guò)濾除電池電壓上的噪聲,確保出色的測(cè)量準(zhǔn)確度。這是通過(guò)使用增量累加 ADC 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。使用增量累加轉(zhuǎn)換器時(shí),在轉(zhuǎn)換期間會(huì)對(duì)輸入多次采樣,然后進(jìn)行數(shù)字濾波。結(jié)果是,內(nèi)置低通濾波消除了作為測(cè)量誤差源的噪聲,這時(shí)截止頻率是按照采樣率建立的。LTC6811 采用快速 3 階增量累加 ADC,該 ADC 具可編程采樣率,提供 8 個(gè)可選截止頻率。結(jié)果是,出色地降低了噪聲,還得到了 8 種可編程測(cè)量速率,從而允許在短短 290μs 時(shí)間內(nèi)完成對(duì) 12 節(jié)電池的測(cè)量。
圖3:LTC6811 增量累加轉(zhuǎn)換器
更多功能
LTC6811 被設(shè)計(jì)以在電池系統(tǒng)中最關(guān)鍵的位置上工作,直接連接到電池。這個(gè)位置處于 BMS 微處理器和外部設(shè)備之間,因此 LTC6811 可以監(jiān)視電池傳感器,獲得電池電流或溫度等數(shù)值,并顯示這些值與電池測(cè)量值之間的密切相關(guān)性。LTC6811 在這個(gè)位置上有幾種發(fā)揮作用的方式。
LTC6811 提供非常靈活的通用 I/O,可作為數(shù)字輸入、數(shù)字輸出或模擬輸入工作。當(dāng)作為模擬輸入工作時(shí),LTC6811 可測(cè)量從 V- 至 5V 的任何電壓,測(cè)量準(zhǔn)確度與測(cè)量電池時(shí)相同。此外,LTC6811 允許電池測(cè)量與這些外部信號(hào)同步,或與包含 12 節(jié)電池的電池組電壓同步。LTC6811 還具備一種內(nèi)置功能,即通過(guò)數(shù)字 I/O 控制 I2C 或 SPI 從屬器件。這使 LTC6811 能夠控制更加復(fù)雜的功能,例如控制多路復(fù)用器以增加模擬輸入,或控制 EEPROM 以存儲(chǔ)校準(zhǔn)信息。
LTC6811 有內(nèi)部被動(dòng)平衡 FET,可給單獨(dú)的電池放電,或直接控制更大的大功率外部 FET。LTC6811 可配置為在低功率狀態(tài)給電池放電,例如當(dāng)電池包處于靜態(tài)時(shí)。此外,每節(jié)電池的放電輸出都可以在獨(dú)立的時(shí)間段內(nèi)接通。這就使得當(dāng)電池監(jiān)視器未激活時(shí),電池能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持平衡。這些平衡引腳還可以作為串行接口使用,以控制凌力爾特的 LT8584 主動(dòng)平衡電路。LT8584 是一款單片反激式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,在失配電池組成的電池組中,可用來(lái)恢復(fù)多于 99% 的容量。通過(guò) LTC6811 SPI 主控功能,LTC6811 可以連至凌力爾特基于 SPI 的主動(dòng)平衡 IC LTC3330。LTC3300 是一款故障保護(hù)控制器 IC,用于實(shí)現(xiàn)雙向主動(dòng)平衡,可向 12 節(jié)或更多相連電池高效傳送電荷,或?qū)⑦@些電池的電荷傳送出去。
圖4:具主動(dòng)平衡的電池組監(jiān)視器
LINDUINO ONE
為方便集成 LTC6811 的功能并縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間,凌力爾特新的 Linduino? One 為 LTC6811 提供了全面支持。Linduino One 是一款 Arduino Uno 兼容的微控制器電路板,與 USB 完全隔離,直接連至 LTC6811 演示電路板。這個(gè)平臺(tái)具備內(nèi)置引導(dǎo)程序,可快速在線更新固件,是一款簡(jiǎn)便、穩(wěn)定的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。因?yàn)?Arduino 是一款開(kāi)源平臺(tái),BMS 設(shè)計(jì)師可非常容易地訪問(wèn)簡(jiǎn)便和強(qiáng)大的 Arduino 集成式開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE)。名為 bmsSketchbook 的代碼庫(kù)提供 LTC6811 示例代碼,用來(lái)在任何標(biāo)準(zhǔn) C 編譯器中進(jìn)行編譯。例如,bmsSketchbook 包括很多例程,包括讀寫(xiě)配置值、讀寫(xiě)電池電壓、運(yùn)行自測(cè)試、運(yùn)行冗余測(cè)試、以及控制被動(dòng)平衡。
圖5:Linduino One 是一款 Arduino Uno 兼容的微控制器電路板,與 USB 完全隔離并直接連至 LTC6811
總結(jié)
凌力爾特的 LTC6811 是第四代高性能多節(jié)電池監(jiān)視器。LTC6811 與其前一代 LTC6804 是引腳兼容和軟件兼容的。與 LTC6804 相比,LTC6811 成本更低,提供額外的濾波器截止頻率、額外的被動(dòng)和主動(dòng)平衡控制功能、新的 ADC 命令以及額外的容錯(cuò)范圍以保證功能安全性。LTC6811 還得到了凌力爾特 Linduino One 的全面支持,以方便評(píng)估和開(kāi)發(fā)工作。
【推薦閱讀】
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來(lái)電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
- 大聯(lián)大世平集團(tuán)的駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)(DMS)方案榮獲第六屆“金輯獎(jiǎng)之最佳技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用”獎(jiǎng)
- X-CUBE-STL:支持更多STM32, 揭開(kāi)功能安全的神秘面紗
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車用戶界面
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
音頻IC
音頻SoC
音頻變壓器
引線電感
語(yǔ)音控制
元件符號(hào)
元器件選型
云電視
云計(jì)算
云母電容
真空三極管
振蕩器
振蕩線圈
振動(dòng)器
振動(dòng)設(shè)備
震動(dòng)馬達(dá)
整流變壓器
整流二極管
整流濾波
直流電機(jī)
智能抄表
智能電表
智能電網(wǎng)
智能家居
智能交通
智能手機(jī)
中電華星
中電器材
中功率管
中間繼電器