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電池采樣芯片為何要檢測采樣線斷線

鉅大LARGE  |  點擊量:313次  |  2020年03月26日  

摘要
電池采樣芯片為什么要檢測采樣線斷線-電池采樣芯片(AFE)里面有一個重要功能:斷線檢測。

電池采樣芯片(AFE)里面有一個重要功能:斷線檢測。


它包括檢測電芯電壓采樣線斷線、溫度采樣線斷線,有的還覆蓋均衡回路斷線,我們重要接觸的是電壓采樣線斷線的場景。


那為何要檢測采樣線斷線呢?在下圖中,某條采樣線處于斷開狀態,此時這條采樣線的上下兩個電芯會被內阻Ri進行分壓,也會采集到一個“假的”電壓值,但實際這個電壓值不能代表電芯的真實電壓,假如它被當做真實電壓使用,會造成過充或者過放電。


所以在AFE中都集成了斷線檢測功能,也成為了在功能安全中必不可少的安全機制,功能確實很有用。在目前接觸到的幾個廠家中,斷線檢測方法大概可以分為兩種:電流源法和電阻分壓法。


廠家:


ADI


NXp


美信


松下


TI


檢測方法:


電流源


電阻分壓


電阻分壓


電流源


電阻分壓


下面介紹一下電流源檢測方法原理,下圖為ADI的LTC6804內部框圖,它畫出了斷線檢測內部電路:在選通器的輸出端(ADC輸入端),內置了上拉與下拉的電流源,可以等效看做是上拉電阻和下拉電阻。


它的原理是,首先接通上拉電流源,斷開下拉電流源,然后進行電壓采集,得到12串電芯電壓采樣結果;然后接通下拉電流源,斷開上拉電流源,再得到12串電壓采樣結果;接下來對兩次得到的結果進行相減,假如第(n+1)節電芯差值小于-400mV,則判定為Cn斷線。


舉個例子,假設所有電芯電壓為4V,當C2斷線時,那么CELLΔ(2+1)=CELL3(上拉)-CELL3(下拉)=(12-V+)-(12-V-)=(V-)-(V+)<-400mV,即可判斷出斷線故障;


松下的芯片內部也是在類似的位置加上下拉電流源,不過它加的數量和排布略有不同,判定方法也略有不同。


再來看一下NXp的方案,它是用電阻分壓的方式來識別故障,如下圖所示。


在其內部采樣通道上,集成了一個開關和電阻Rpd,開關S分為奇數組和偶數組,同時只能閉合一組,即S2閉合時,S1與S3是斷開的,反之亦然;AFE去操作兩組開關,去得到兩組采樣值,假如當其閉合時,采到的結果小于門限電壓(例如150mV),測判定為斷線。


舉個例子,假設電芯電壓為4V,Rm=5K,Rpd=2K,那么圖中紅色圓圈處斷線,根據電阻分壓,當S2閉合、S1S3斷開時,CELL1=4V,CELL2=0V,CELL3>5V;當S2斷開、S1S3閉合時,CELL1=0.7V,CELL2>5V,CELL3=0V;因為CELL1和CELL2都出現0V(小于150mV)的值,小于門限值,故判定為兩個電芯中間處斷線。


美信是利用內部均衡MOS管來檢測采樣線斷線,如下圖所示:Rb是均衡電阻,S是內部的均衡MOS開關。


它的檢測方案利用內部的均衡電路來檢測,也是分為奇數、偶數開關兩組,分別采集MOS兩端電壓,采樣后做比較,大同小異。


前面介紹了基本的斷線檢測原理,其實這里面還是有一些注意事項的,都要工程師仔細考慮。


1、電芯采樣線最兩邊的那兩條(第一節負、最后一節正)的檢測方法有些差別;


2、假如AFE采用專門的兩條供電線,它們是否可以識別出斷線?是否影響其他斷線檢測;


3、考慮兩條線或更多條線同時斷線,檢測電路又變成了什么樣子?是否可以識別出來?


4、AFE最低幾節采樣線同時斷線,是否會影響AFE正常工作?


5、斷線檢測的執行周期怎么安排?觸發條件是什么?


總結:


斷線檢測是AFE的一個重要功能,關于我們來講,一定要吃透其檢測原理,再去進行調試,原理其實很簡單,但里面比較啰嗦。也有用分立元件去搭檢測電路的,原理差不多,比較麻煩。


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