AFE斷線自檢功能分析

AFE芯片中有一個(gè)重要的功能斷線自檢，包括了電壓采樣線斷線檢測(cè)和溫度采樣線斷線。如果發(fā)生電壓采樣線斷線則該點(diǎn)電壓會(huì)被這條采樣線的上下兩個(gè)電芯的內(nèi)阻分壓得到錯(cuò)誤的采樣值，如果不能分辨這種狀態(tài)就可能會(huì)造成電芯一致性報(bào)警，過充，過放等故障?；蛘甙l(fā)生斷線后從上位機(jī)上讀出電壓值有異常但是不能定位到是電芯本身原因還是采樣電路故障，這時(shí)候用斷線自檢功能就很方便不用開包拿萬用表實(shí)測(cè)電芯了，但是斷線自檢功能也是雙刃劍如果使用不當(dāng)就會(huì)造成誤報(bào)斷線故障。目前各家AFE基本采用兩種方案來完成斷線自檢：電流源法和電阻分壓法;下面我們用兩個(gè)AFE芯片來一起學(xué)習(xí)這個(gè)功能。

電流源法

LTC68XX系列采樣電流源法完成斷線自檢功能的原理是分別進(jìn)行上/下拉采樣，然后把這兩次采樣值一一對(duì)應(yīng)做差，如果壓差ΔV>400mv則認(rèn)為斷線。

ADOW 命令用于檢查 LTC6804 中的 ADC 與外部電池之間的任何導(dǎo)線開路。該命令和 ADCV命令一樣在 C 引腳輸入端上執(zhí)行 ADC 轉(zhuǎn)換，僅有的區(qū)別是兩個(gè)內(nèi)部電流源在其被測(cè)量的過程中吸收或供應(yīng)電流至兩個(gè)C引腳。ADOW 命令的上拉 (PUP) 位負(fù)責(zé)確定電流源是吸收還是供應(yīng)100μA 電流?？梢圆捎孟旅娴暮?jiǎn)單算法來檢測(cè) 13 個(gè) C 引腳中任何一個(gè)上的導(dǎo)線開路

在 PUP = 1 的情況下運(yùn)行 12 節(jié)電池命令 ADOW 至少兩次。在結(jié)束時(shí)讀取電池 1 至12的電壓一次并將其存儲(chǔ)在陣列 CELLPU(n) 中。

在 PUP = 0 的情況下運(yùn)行 12 節(jié)電池命令 ADOW 至少兩次。在結(jié)束時(shí)讀取電池 1 至12 的電壓一次并將其存儲(chǔ)在陣列 CELLPD(n) 中。

獲取上述步驟中針對(duì)電池 2 至 12 的上拉與下拉測(cè)量結(jié)果之差：CELLΔ(n) = CELLPU(n)– CELLPD(n)。

對(duì)于從 1 至 11 的所有 n 值：如果 CELLΔ(n+1) < – 4 0 0 m V，則 C ( n ) 開路。如果C E L L P U( 1 ) = 0.0000，則 C(0) 開路。若 CELLPD(12) = 0.0000，則C(12) 開路。

上述算法采用標(biāo)準(zhǔn)模式轉(zhuǎn)換來檢測(cè)導(dǎo)線開路，開路導(dǎo)線的LTC6804 端可存在多達(dá) 10nF 的電容。然而，如果在開路C 引腳上存在更多的外部電容，則導(dǎo)線開路轉(zhuǎn)換在步驟1 和2 中的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度必須增加，從而為 100μA 電流源產(chǎn)生一個(gè)足夠大的差異 (以便算法檢測(cè)開路連接) 提供時(shí)間。這可通過在步驟 1 和 2 中運(yùn)行兩個(gè)以上的 ADOW 命令 (或者採用濾波模式轉(zhuǎn)換代替標(biāo)準(zhǔn)模式轉(zhuǎn)換) 來實(shí)現(xiàn)。

臨界狀態(tài)下，第一次采樣(PU采樣)電壓是相對(duì)靜止的，第二次采樣(PD采樣)剛好電壓下降，而且壓差超過手冊(cè)推薦ΔV(400mv)，這就會(huì)誤判斷路，實(shí)際中這是不允許的?？赡苡腥藭?huì)說我可以增大ΔV閾值，但實(shí)際的Cell狀態(tài)和很多因素有關(guān)，包括電芯類型、環(huán)境溫度、SOC狀態(tài)、老化程度，單一的僅通過改變?chǔ)會(huì)出現(xiàn)兩種情況：ΔV大了可能檢測(cè)不到斷線，ΔV小了又容易誤判。

為了避免誤判問題，我們可以加入電流判斷(需應(yīng)用支持)的條件，具體可以這樣做：第一次采樣(PU采樣)的時(shí)候，讀取干線電流值并記錄為Cur1，此后每次采樣(PU/PD采樣)都讀取一次電流Curi同Cur1比較，一旦MATH_ABS(Curi, Cur1)大于設(shè)定閾值，則放棄本次自檢。這里需要注意的是兩次采樣間隔不能太長(zhǎng)，因?yàn)镃ell電壓變化是滯后電流的，也就是說進(jìn)行檢測(cè)的前一刻如果電流變化很大，后一時(shí)刻電流雖然穩(wěn)定了，但是電壓可能還沒穩(wěn)定，最好就是檢測(cè)到電流穩(wěn)定后一段時(shí)間在進(jìn)行開路自檢。

電阻分壓法

美信公司的MAX14920/14921 AFE使用的電阻分壓法方案完成斷線自檢

為了檢查單點(diǎn)開路連接，更快的方法是在采樣階段僅使能所選電池的平衡FET，然后讀取所選電池的電壓。如果CVn浮空，平衡FET快速(時(shí)間取決于使用平衡電阻)將CVn短路至CVn? -? 1，讀數(shù)為~0V或CVn，CVn? +? 1電壓高于VA。

開路檢測(cè)方法的步驟：

將BAn位置1;

在保持階段之前等待時(shí)間RBAL?x?CSAMPLE;

將CVn電壓連接至AOUT;

對(duì)所有電池重復(fù)該過程;

在此期間，電容和外部FET需要承受等于VCVn?-?VCVn-1的電壓，其中n?=?1-12?(MAX14920)或n?=?1-16?(MAX14921)。