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远程监测能量收集应用的电池堆

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
在能量收集应用,电池备份中起着至关重要的作用,在维持输出功率时,能量从环境来源的减少水平低于有用。保持电池的性能和安全性,这些应用需要通信电池状态和故障状态的中央服务器和运营商的能力。特别是,电池堆的安全运行需要仔细监测,检测细胞缺陷,短裤,和退化会导致电池失效。作为一个例子,安全问题与锂离子电池组的相关驱动的连续细胞监测和故障,操作员可以在发生严重故障的快速通信需要干预的潜在问题。
遥控器的电池监控子系统结合电池监测和无线通信能力的基于MCU搭配低功耗射频收发器和MCU对电池状态,中央设施通信集成无线功能(图1)。


图1:远程监测电池的解决方案依赖于集成ADC MCU测量电池电压和交流电池状态使用配对的射频收发器(一)或集成的无线功能(B)。更为苛刻的应用,专门的电池管理IC提供额外的细节和保护


在许多应用中,低功耗MCU集成的ADC可以提供所需的细胞监测水平,测量电池电压和执行的软件程序来识别故障。德克萨斯仪器 MSP430F2012 和 MSP43016 位 MCU 结合低功耗运行与一个集成的ADC、模拟比较器、存储器、串行接口。工程师可以选择具有MSP430F2012 10 位 ADC,或一个16位 Sigma-Delta ADC 需要更高分辨率的测量应用MSP430。
搭配德州仪器 CC25002.4 GHz收发器或 CC2520ZigBee 收发器集成MCU,如TI的电池可以提供一个完整的远程监控解决方案。另外,设计者可以选择MCU如Silicon Labs si1031单片机,它集成了一个高速8051核心12位ADC,存储器,多个数字外设,和ISM频段收发器。Silicon Labs si1021还提供了一个集成的LCD控制器支持本地显示功能。
专为电池管理,Atmel ATMEGA32HVB 结合公司的AVR单片机具有12位ADC,18位ADC库仑逆流,记忆监控多达四个锂离子电池的电流,高电流和短路故障(图2)。Atmel公司设计的 ATMEGA32HVB 为引脚短路情况下电池提供安全,坏的充电器连接,软件错误,或失电造成电池或VCC短。该器件还提供了一个外部保护的投入,允许工程师使用的外部元件实现专业电池保护功能。


图2:ATMEL单片机结合了 ATMEGA32HVB 监测多达四个锂离子电池专用芯片电路的8位MCU内核(由ATMEL提供)。


在运行中,运行在 ATMEGA32HVB 软件可以监视单个电池的电压,以及片上温度和使用两个外部热敏电阻输入通道的外部温度。库仑计数器累积的充电和放电电流的报告累计电流瞬时电流测量的高分辨率和13位分辨率。
对于大电池堆或应用需要更深的电池保护系统,工程师可以通过各种各样的电池管理IC能够监测电池的关键性能参数提供信号给单片机出现故障时。先进的电池管理IC如模拟装置AD8280线性技术,LTC680x,集成 MAX1492x,德州仪器 BQ76pl536 用于监测大型电池组通常用于能量收集应用的储能和备用电源。这类设备一般集成了高分辨率的ADC,精密参考电压,高压输入多路复用器,以及用于通信的主机单片机的串行接口。
模拟设备 AD8280 最多支持六个锂离子电池和提供了一个独特的自检功能设计的高可靠性应用。测试模式的 AD8280产生内部故障条件和比较的结果与预期结果,信号报警如果自检失败。
在线性技术 LTC680x 家庭设备可以同时监测12锂离子电池。而 LTC6801 和 LTC6802 设备是专为锂离子电池的监测,LTC6803 支持锂离子电池、超级电容器,和多化学电池监测和ltc6804支持锂电池和镍氢电池监测。
集成的 MAX1492x 家庭最多支持12个锂离子电池的 MAX14920 高达16的单元 MAX14921。德州仪器 BQ76PL536 芯片支持高达六的锂离子电池。
这个班的所有设备以菊花链的多个设备提供能力监控大量细胞。工程师可以堆叠的德克萨斯仪器 BQ76PL536 垂直监控多达192个锂离子电池无需隔离组件之间的集成电路。有许多这种类型的设备,该 BQ76PL536 提供高速串行外设接口(SPI)总线与MCU如TI沟通MSP430F5529低功耗的16位单片机。
菊花链式监控大型锂离子堆,的 BQ76PL536 集成了电压转换和精度ADC精确测量电池电压和快速。在接收转换直接从主机或通过菊花链信号,该设备启动一个转换周期,其集成的高速14位逐次逼近寄存器(SAR)ADC。该装置将ADC通过与六细胞九输入前端的多路复用器,温度传感器,和一个通用的模拟输入。
专用电路在 BQ76PL536 提供每个细胞和两过热故障检测输入过压和欠压故障检测。该器件提供故障和报警输出时,单元格的值超过安全阈值。的 BQ76PL536 通过I/O引脚,从主机的通信总线单独提供这些保护输出信号,使信号在硬件无故障主机干预。在大型锂离子堆,工程师可以菊花链信号使保护信号隔离特定的细胞和细胞的字符串(图3)。


图3:先进的电池管理IC提供专用电池管理信号的输入和输出引脚


总结
[tr]对于独立的能量收集应用,工程师可以提高电池的安全操作和使用远程监控子系统电池的测量能力与无线通信的结合。高度集成的低功耗MCU成对或集成无线功能可以解决许多这些类型的应用程序的需求。更严格的监控要求,专门的电池管理IC可提供详细的测量和自动故障检测。使用这些可用的集成电路,工程师可以增加远程或独立的能量采集的设计与监测电池系统和通信电池状态,中心设施的能力。

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