如何為多節(jié)電池的工業(yè)應用，添加電池監(jiān)視IC

1.前言

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

2.使用TI的“BQ76952 ”進行堆棧配置

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 信號傳輸?shù)奖Ｗo FET（場效應晶體管）。堆棧中的所有電池監(jiān)視器都必須連接到這些 FET。所述BQ76952 具有高側的N溝道FET驅動器，但它不是很實用的堆疊配置中使用。相反，它可以與地電平保護信號結合來控制低側保護 FET。

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

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

與通訊信號一樣，必須正確配置保護信號。該BQ76952具有匹配于所述高側FET驅動器中使用的控制功能的邏輯的邏輯電平輸出。這些輸出由每個電池監(jiān)視器的本地低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 驅動，可編程電壓高達 5V。如前所述，可以通過組合來自堆疊器件的這些信號來控制低側 N 溝道 FET，如圖 2 所示。

圖2 ：BQ76952 電池監(jiān)視器組合保護解決方案

該BQ76952 具有關斷模式，以降低功耗。要從關機模式喚醒并返回正常操作，請使用以下兩種方法之一：

· 向 LD 引腳施加電壓。正常情況下，當連接充電器時，會產(chǎn)生 LD 引腳的電壓。

· 將 TS2 引腳（關斷期間具有 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，以確保整個系統(tǒng)正常運行。充電器連接也通過向器件的 LD 引腳施加電壓來喚醒，但重要的是添加適當?shù)碾娐芬詫⒚總€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400千赫。單獨的I每個設備2個C地址可以設置。ISO1541 隔離器有助于 與其他設備進行通信。另一種選擇是使用分立電路進行電平轉換。圖 3 顯示了使用分立電路進行 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  ”負載檢測

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

負載檢測功能專為與高側 FET 一起使用而設計。當 FET 關閉時，該器件會定期從 LD 引腳汲取 100 μA 的電流并測量該引腳上的電壓。如果電壓超過 4V 閾值，設備將檢測負載是否已移除。此功能也可用于具有低側 FET 和附加外部電路的堆棧配置。圖 4 是負載檢測電路的示例。

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

5.“BQ76952 ”的電池平衡

使用多個電池監(jiān)視器可能會導致連接到下部設備的電池和連接到上部設備的電池之間不平衡。為避免堆疊中因功耗不均而導致電池不平衡，將堆疊中的每個設備配置為內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必須小心。如果您擔心，可以從堆棧頂部為每個電池監(jiān)視器及其關聯(lián)的 LDO 供電。

隨機安裝電池意味著無論您如何連接電池，設備都能按預期工作。但是，具有多個設備的設計并不總是支持此功能。應仔細注意每個設備的指南，并應正確連接電池單元，以免燒毀串聯(lián)保險絲。所述BQ76952 電池監(jiān)視器支持在生產(chǎn)線上的能力的程序設置到一次性可編程存儲器中。

6.概括

工業(yè)應用中電池供電應用的開始帶來了新的技術挑戰(zhàn)。堆疊多個設備是必不可少的，因為這種類型的應用有大量的電池，單個電池監(jiān)視器無法容納。TI 最新產(chǎn)品組合中的電池監(jiān)視器可堆疊以滿足此設計要求。