利用LTC6801进行电池管理系统 (BMS) 的故障监视

解码器

　　UV/OV FLAGS AND CONTROL LOGIC：UV/OV标记和控制逻辑

　　"GOOD"："良好"

　　图 2 是 LTC6801 基本组件的方框图。一个 12 位增量累加 AD 转换器 (ADC) 对多达 12 节电池以及两个温度传感器的电压进行滤波和数字化。一个 5V 的稳压器和一个精确微调的 3V ADC 电压基准是内置的。器件全部工作特性的设定都由将器件引脚搭接到 5V 稳压器、3V 基准或 V- 来实现。无需外部组件。

　　图 3：电池电压报警门限的选择是通过引脚搭接设定的。

　　单独的引脚控制 OV 和 LV 门限，这样它们就可以独立设定。

　　Cell Voltage Thresholds：电池电压门限

　　Cell Voltage：电池电压

　　Pin Strap Programming Voltage Combinations：引脚搭接设定电压组合

　　图 3 绘出的是可设定的过压和欠压门限范围。选择过压 (OV) 门限是为了使用具有3.3V 标称电压和 4.2V 告警电平的锂离子电池，而欠压 (UV) 门限对电池电量耗尽提供一个合理的指示。OV 和 UV 门限由不同的引脚设定，因此任何组合都有可能。OV 和 UV 电平必须设定，以在不是太接近正常电池电压时，就可指示某件事可能出错了，否则有可能引起故障检测电路出现讨厌的跳变。

　　还有可能给这些门限设定高达 500mV 的固定迟滞。当检测到的故障触发的动作有可能引起电池上的电压变化时，如立即断开负载与电池组的连接，设定固定迟滞很有用。迟滞可以防止跳进和跳出故障状态。

　　另外两个可以通过引脚搭接设定的功能是，电池检查的重复率以及所连接的电池数量。所有 12 节电池以及温度输入都可以每隔 15ms、130ms 或 500ms 检查一次。较小的占空比导致从电池组抽取的电源电流较小。电池数量可以在 4 节到 12 节之间设定。这确保只对实际连接的电池进行故障检测。

　　可以将任意数目的 LTC6801 彼此堆叠起来，以监视非常高电压系统中数百个单独的电池，见图 4。启用时钟被缓冲，两条信号线上的输出连接到电池组中下一个较高端器件的使能输入。启用时钟蜿蜒地进出每个器件，一直到电池组的顶端。同样，每个器件非常重要的状态输出时钟向下传递至电池组中下一个较低端器件的状态输入引脚。状态时钟的频率与启用时钟相同，并可位于 2kHz 至 50kHz 之间。如果任何时间在任何电池组的任何地方检测到任何故障，则负责监视受损电池的器件的状态时钟将停止电平变换。该静态条件将沿着电池组向下传播至底端器件。运用某种形式的边缘检测的任何器件 (例如：看门狗定时器或计数器捕获/比较功能部件) 均可用于监视电池组中底端器件的状态输出线。当某个时钟转换被错过时，该器件能够产生信号以对一般性故障进行维修。

　　图 4：任何数量的 LTC6801 电池监视器都可以叠置。
由于叠置的器件工作电压不同，因此需要 AC 耦合使能和状态信号。

　　提供一个用于状态线的连续时钟是一项重要的功能。使用一种静态逻辑电平来指示所有的系统故障始终有可能在逻辑状态中产生失效，这种失效会错误地指示系统一切正常。这将导致故障监视电路失去作用。当采用一种定时方案时，监视器件必须连续执行某些操作以保持时钟的运行，而且系统的一切都必须处于正确的状态，否则它将停止运作。在正常 (OK) 状态中，故障信号不会被"阻塞"。为了增强抗逻辑噪声性能，需沿着电池组上下地对 LTC6801 进行差分定时。对于高电压电池组，常常需要提供针对控制器电源的隔离。当采用差分时钟信号时，增设隔离变压器是相当容易的。这是器件设计中另一项旨在强化容错/安全性的考虑。

　　如果监视器件有问题会怎么样?

　　毫无疑问，通过冗余监视提高了系统可靠性，但是怎样才能确保监视器件本身正确运行呢?要防止不可检测的故障模式，这一点非常重要。为了满足这种要求，LTC6801 提供内置的自动自测试功能。这种自测试功能可以按需启动，或者在每完成 1024 个电池测试周期后自动执行，自动测试用 17ms 时间就可以结束。图 2 的电路显示，可以怎样连接 LTC6802-1 器件，以允许按需运行自测试功能。一个单独的输出引脚提供的信号表明该器件是否执行了所有自测试功能，而且不中断电池状态输出时钟。自测试检查 4 个主要功能。

测试内容之一是，检查 ADC、电压基准和比较器是否正确运行。为了进行这一测试，要对第二个内部电压基准测量 3 次。第一次测量在一个严格的窗口内比较该基准与两个门限值，而且绝不能产生超出范围的指示。接着，将较高的门限值降至一个仅低于所期望的电压值，进行第二次电压基准测量，这时比较器应该产生一个过压指示。最后，较低的门限设定为高于所期望的电压，这时应该产生一个欠压指示。这样就可以有把