凌力尔特推出第三代业界最精确的电池监视器LTC6804

2012-11-05 10:08:38来源: EEWORLD

凌力尔特日前宣布其高电压电池监视器LTC680x系列第三代产品LTC6804问世,该产品可用于电动/混合动力汽车、便携医疗设备、数据中心、辅助电源及新能源发电等市场,非常适合在高电压下工作的锂离子电池组监控。

凌力尔特公司信号调理产品部的产品市场经理 Brian Black表示,公司很早之前就提供电池管理系统,但都是诸如电压基准、高精度ADC、放大器、滤波器、多路复用器等,2008年,公司推出了第一款集成型高电压监视器LTC6802,并获得了多项好评。

   

    凌力尔特公司信号调理产品部的产品市场经理 Brian Black

BMS系统的要求有哪些

用于测量和管理电池组的电子系统 (也被称为 BMS) 具有三项关键要求。

第一:BMS 必须了解电池组中每节电池的健康状况。这主要是通过估测电池系统中每节电池的电荷状态来实现的。可将当前的 SOC 与过往信息综合起来以确定每节电池的状态。

第二:BMS 必须控制系统中每节电池的电荷状态。这是通过控制系统中每节电池的充电、放电和电荷平衡来完成的。

第三:确保安全性。BMS 必须知道电子线路处于正确的工作状态,以确保获得的电池信息是有效的。黄金法则是“绝不能让过压电池表现为具正常电压的电池”。为了做到这一点,BMS 必须将所有电池及 BMS 电子线路的状态信息传递至系统的其余部分。

精确度对于BMS系统的重要性

电池管理电子线路中的关键元件是电池监视器 IC。电池监视器承担了准确测量每节电池的电压、电流和温度并把相关数据传递至一个控制电路的困难任务。接着,一个控制器运用电池数据来计算电池组的电荷状态和健康状况。该控制器可以命令电池监视器对某些电池进行充电或放电,以在电池组内部保持一种平衡的电荷状态。

所以,为了保持内部平衡,进行精准的测量是非常有必要的,LTC6804相比较凌力尔特上一代产品,精度提高了三倍,而与竞争对手相比较,精度提高了5倍。

为什么精度如此重要,锂离子电池通常具有平坦的放电曲线,其中每 1% 的 SOC 变化可能仅表现为数 mV的电压差异。因此,电池电压测量误差将直接转化为对可用 SOC 工作范围的限制。在如今每千瓦时 (kWh) 600 美元的典型电池储能成本下,一个常用的 16kWh 电池组在一辆电动汽车的成本中占到了相当大的一部分。根据凌力尔特给出的数据,如果SOC测量误差在2.5%的话,对于5kWh的电池来说,相当于浪费了273美元。

    精度与电量之间的关系

凌力尔特是如何解决精准性问题的

那么误差大都是如何产生的呢?根据凌力尔特的调查,在当今的电池监视 IC 中,由电压基准所造成的电池测量误差通常是最大的。误差源来自初始准确度、温度漂移、热迟滞和长期漂移。迟滞指的是热循环时在基准中引起的一个偏移电压。最有影响的热事件发生在焊接过程中。

    影响测量误差的主要因素

尽管过去十年中采用的带隙基准因其低功耗、低压差电压和小尺寸而得到了广泛的使用。然而,带隙基准电压对于机械应力很敏感。在集成电路中,机械应力是由塑料封装和铜引线框架的膨胀和收缩 (因机械应变、湿度和温度变化所致) 而引起的。例如:在 PCB 装配过程中,电子电路将遭受来自焊接工艺处理的多次热冲击,而电压基准则会经历热迟滞。因此凌力尔特特别选择了被称为掩埋式齐纳电压基准的技术,该技术被广泛用于高精度仪表中。

除了选用特别的基准电压源外,凌力尔特还采用了和上一代一样的ΔΣ型16位ADC,相比较SAR型,ΔΣ的分辨率更高,因此更适合对汽车或高功率环境系统中的噪声进行滤波。

凌力尔特设计师认为,如果系统噪声淹没了信号,那么SAR型转换器再快也无法发挥作用了。不过,为了解决ΔΣ带来的速度问题,LTC6804设计了六种ADC速度,在最高速度下,290μs便可测完所有电池。

LTC6804强大的可扩展性

LTC6804具有电池电荷平衡功能,与前代产品只有被动电池电荷平衡设置不同,LTC6804新增加的GPIO接口,可以与LTC3300主动电池电荷平衡芯片相连。由于主动电荷平衡是在电池之间移动电荷 (于充电和放电周期中),以把 SOC 保持在规定范围之内。这会延长充电和放电期,从而进一步扩充可用的电池容量。它还具备减少发热量、缩短电池充电时间、提高能源效率和延长电池寿命 (确保电池老化的一致性) 的潜力。相比较被动平衡来说,效率更高。

同时,由于预留GPIO接口,因此可以便捷的与温度控制器相连接,实现电池的安全监视。

LTC6804内置isoSPI接口,自带隔离功能,与隔离式 CAN 接口相比,不再需要购置额外的微处理器、隔离器以及收发器,节约了成本及研发周期,最高传输速率可达1Mbps。LTC6804-1支持菊花链式连接而LTC6804-2支持并联方式。同时,凌力尔特配套开发了LTC6820隔离式收发器,负责主处理器侧的隔离。

LTC6804 为超越汽车和工业应用的环境、可靠性及安全性要求而设计。LTC6804 全面规格在 -40°C 至 125°C 的温度范围内工作。该器件为符合 ISO 26262 (ASIL) 的系统而设计,全套自测试确保无潜在故障情况。为了实现这一点,LTC6804 包括一个冗余电压基准、扩展的逻辑测试电路、导线开路检测功能、一个看门狗定时器和在串行接口的数据包误差检验。

关键字:凌力尔特

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/2012/1105/article_14789.html
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