如何為多節(jié)電池的工業(yè)應(yīng)用，添加電池監(jiān)視IC

1.前言

隨著電池技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，新的問(wèn)題也在不斷涌現(xiàn)。許多工業(yè)應(yīng)用需要比電池供電應(yīng)用更多的電池單元，例如手機(jī)和筆記本電腦。電動(dòng)汽車、備用電池設(shè)備和真空吸塵器等工業(yè)電池管理系統(tǒng)可以有 12、16、24 或更多個(gè)串聯(lián)電池單元。然而，傳統(tǒng)的電池監(jiān)控器每個(gè)設(shè)備最多只能處理 16 節(jié)串聯(lián)電池，因此超過(guò) 16 節(jié)串聯(lián)電池的電池管理系統(tǒng)需要多個(gè)電池監(jiān)控設(shè)備。因此，在堆疊多個(gè)電池監(jiān)視器時(shí)，需要添加部件，以便系統(tǒng)內(nèi)部的電池監(jiān)視器可以相互通信。

2.使用TI的“BQ76952 ”進(jìn)行堆棧配置

所述BQ76952 電池監(jiān)視器監(jiān)視系統(tǒng)故障的電池組。如果發(fā)生幾種類型的系統(tǒng)故障中的任何一種，必須將 FAULT 信號(hào)傳輸?shù)奖Ｗo(hù) FET（場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。堆棧中的所有電池監(jiān)視器都必須連接到這些 FET。所述BQ76952 具有高側(cè)的N溝道FET驅(qū)動(dòng)器，但它不是很實(shí)用的堆疊配置中使用。相反，它可以與地電平保護(hù)信號(hào)結(jié)合來(lái)控制低側(cè)保護(hù) FET。

圖 1 是一個(gè)電路框圖，其中堆疊了兩個(gè)BQ76952 電池監(jiān)視器。在此配置中，外部電路用于控制低側(cè)保護(hù) N 溝道 FET。每個(gè)設(shè)備都通過(guò)I 2 C 總線連接到主微控制器，但上層設(shè)備使用 2.5 kV I 2 C 隔離器。與只有一個(gè)電池監(jiān)視器的設(shè)計(jì)相比，該示例需要添加一些組件才能使兩個(gè)電池監(jiān)視器退出關(guān)斷模式。還需要為功能添加部件，以便在保護(hù) FET 禁用時(shí)正確檢測(cè)負(fù)載。

圖1 ：使用“BQ76952  ”電池監(jiān)視器的堆棧配置框圖

3.“BQ76952  ”電池系統(tǒng)保護(hù)

與通訊信號(hào)一樣，必須正確配置保護(hù)信號(hào)。該BQ76952具有匹配于所述高側(cè)FET驅(qū)動(dòng)器中使用的控制功能的邏輯的邏輯電平輸出。這些輸出由每個(gè)電池監(jiān)視器的本地低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 驅(qū)動(dòng)，可編程電壓高達(dá) 5V。如前所述，可以通過(guò)組合來(lái)自堆疊器件的這些信號(hào)來(lái)控制低側(cè) N 溝道 FET，如圖 2 所示。

圖2 ：BQ76952 電池監(jiān)視器組合保護(hù)解決方案

該BQ76952 具有關(guān)斷模式，以降低功耗。要從關(guān)機(jī)模式喚醒并返回正常操作，請(qǐng)使用以下兩種方法之一：

· 向 LD 引腳施加電壓。正常情況下，當(dāng)連接充電器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生 LD 引腳的電壓。

· 將 TS2 引腳（關(guān)斷期間具有 5MΩ 源阻抗的 5V 弱電平）下拉至 VSS

確保堆棧中的所有電池監(jiān)視器都有喚醒措施，以確保整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。充電器連接也通過(guò)向器件的 LD 引腳施加電壓來(lái)喚醒，但重要的是添加適當(dāng)?shù)碾娐芬詫⒚總€(gè)引腳上的電壓限制為數(shù)據(jù)表中的規(guī)格。

所述BQ76952 支持 I2 C，SPI（串行外圍接口），和HDQ（高速數(shù)據(jù)輸入/輸出）通信功能高達(dá)400千赫。單獨(dú)的I每個(gè)設(shè)備2個(gè)C地址可以設(shè)置。ISO1541 隔離器有助于 與其他設(shè)備進(jìn)行通信。另一種選擇是使用分立電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。圖 3 顯示了使用分立電路進(jìn)行 SPI 通信的示例。

圖3 ：BQ76952 堆棧解決方案與電池監(jiān)視器的串行通信

4.“BQ76952  ”負(fù)載檢測(cè)

所述BQ76952配備有負(fù)載檢測(cè)功能，可檢測(cè)負(fù)載已被從電池組移除當(dāng)FET被禁用。重要的是確保此信號(hào)傳播到堆棧中的所有設(shè)備。否則，電池監(jiān)視器的工作狀態(tài)將取決于負(fù)載的存在與否。堆棧中的所有電池監(jiān)視器必須始終處于相同模式。當(dāng) FET 因短路或過(guò)流而失效時(shí)，此檢測(cè)功能還可用于恢復(fù)。

負(fù)載檢測(cè)功能專為與高側(cè) FET 一起使用而設(shè)計(jì)。當(dāng) FET 關(guān)閉時(shí)，該器件會(huì)定期從 LD 引腳汲取 100 μA 的電流并測(cè)量該引腳上的電壓。如果電壓超過(guò) 4V 閾值，設(shè)備將檢測(cè)負(fù)載是否已移除。此功能也可用于具有低側(cè) FET 和附加外部電路的堆棧配置。圖 4 是負(fù)載檢測(cè)電路的示例。

圖4 ：使用“BQ76952 ”電池監(jiān)視器的堆棧配置的負(fù)載檢測(cè)功能

5.“BQ76952 ”的電池平衡

使用多個(gè)電池監(jiān)視器可能會(huì)導(dǎo)致連接到下部設(shè)備的電池和連接到上部設(shè)備的電池之間不平衡。為避免堆疊中因功耗不均而導(dǎo)致電池不平衡，將堆疊中的每個(gè)設(shè)備配置為內(nèi)部啟用同一組模塊或組件以平衡功耗。在平衡從堆疊器件的 LDO 到外部電路的電源時(shí)必須小心。如果您擔(dān)心，可以從堆棧頂部為每個(gè)電池監(jiān)視器及其關(guān)聯(lián)的 LDO 供電。

隨機(jī)安裝電池意味著無(wú)論您如何連接電池，設(shè)備都能按預(yù)期工作。但是，具有多個(gè)設(shè)備的設(shè)計(jì)并不總是支持此功能。應(yīng)仔細(xì)注意每個(gè)設(shè)備的指南，并應(yīng)正確連接電池單元，以免燒毀串聯(lián)保險(xiǎn)絲。所述BQ76952 電池監(jiān)視器支持在生產(chǎn)線上的能力的程序設(shè)置到一次性可編程存儲(chǔ)器中。

6.概括

工業(yè)應(yīng)用中電池供電應(yīng)用的開始帶來(lái)了新的技術(shù)挑戰(zhàn)。堆疊多個(gè)設(shè)備是必不可少的，因?yàn)檫@種類型的應(yīng)用有大量的電池，單個(gè)電池監(jiān)視器無(wú)法容納。TI 最新產(chǎn)品組合中的電池監(jiān)視器可堆疊以滿足此設(shè)計(jì)要求。