電池管理系統(tǒng)的低功耗、多路溫度測量

鋰離子電池包需要一個良好的電池管理系統(tǒng)，用于監(jiān)測電池電壓和電池溫度。如果沒有這個監(jiān)控功能，系統(tǒng)可能發(fā)生溫度失控，導致電池爆炸。本文介紹了一個低功耗電路，可以測量多達12個熱敏電阻的溫度。它對復用器供電并進行配置，沒有溫度測量的情況下，復用器進入關(guān)斷模式以節(jié)省功耗。

高壓、多節(jié)電池串聯(lián)組成的電池包主要用于電動汽車、混合動力車、電動自行車、電動工具等設(shè)備。由于它們的高能量密度，鋰離子電池得到了廣泛應(yīng)用。這些高能量電池組需要一個良好的電池管理系統(tǒng)，用于檢測多節(jié)電池的電壓以及電池溫度。如果沒有這個監(jiān)控功能，系統(tǒng)可能發(fā)生溫度失控，導致電池爆炸。

電池包的數(shù)據(jù)采集IC用于測量多節(jié)電池的電壓(通常為12節(jié))，但它們最多掃描、測量兩個溫度點。本文介紹了一種低功耗電路，可測量最多達12個熱敏電阻的溫度。它對復用器供電并進行配置，沒有溫度測量的情況下，復用器進入關(guān)斷模式以節(jié)省功耗。

圖1所示低功耗電路對電池包內(nèi)部的每節(jié)電池進行掃描和測量，兩片MAX382復用器將12個熱敏電阻切換到數(shù)據(jù)采集芯片的輸入端(如MAX11068或MAX17830)，每次采集2個熱敏電阻的數(shù)值，共6組。數(shù)據(jù)采集IC提供熱敏電阻偏壓，并對復用器供電且控制它們的開關(guān)和使能/禁止。

圖1. 利用兩片MAX382復用器，數(shù)據(jù)采集IC可監(jiān)測多點溫度。圖中，100pF電容與熱敏電阻并聯(lián)，濾除噪聲。

熱敏電阻的偏壓由數(shù)據(jù)采集IC的‘熱電源’輸出(THRM)提供，這種配置有助于節(jié)省功耗，因為禁止輔助輸入終止掃描時，內(nèi)部開關(guān)禁止THRM。注意，無需測量外部溫度傳感器時，應(yīng)該禁用/關(guān)斷(不掃描)外部輸入。將THRM連接到復用器的使能輸入，無需溫度測量時，將復用器置于關(guān)斷模式以節(jié)省功耗。不對輔助輸入掃描時，兩個復用器僅從VAA消耗0.56μA電流。THRM僅在輔助輸入掃描時在非常短的時間內(nèi)使能復用器(即當需要溫度測量時)。數(shù)據(jù)采集芯片的GPIO (通用輸入/輸出)口在12個熱敏電阻間切換輔助輸入。

THRM、AUXIN1和AUXIN2波形圖(圖2)給出了只有THRM使能條件下的最大采集時間(大約700μs)，最大時間僅用于說明。實際采集的建立時間由軟件編程設(shè)定，應(yīng)使AUXIN_端的電容有足夠的建立時間。

圖2. 圖中波形顯示只有當系統(tǒng)啟動一次輸入通道掃描時，THRM、AUXIN1和AUXIN2才使能。

利用圖1電路和偽碼(表2)，讀取不同溫度下的ADC輸出。表1給出了數(shù)據(jù)采集IC在帶有/不帶復用器時的輸出對比，并列示了百分比誤差。

誤差(%) = [(帶有復用器時的ADC輸出) - (不帶復用器時的ADC輸出)]/4096 × 100 (其中4096是十進制滿量程ADC值)。復用器導通電阻引入誤差，為保持最小的導通電阻，一般使用阻值相對較高(高溫下)的熱敏電阻(村田熱敏電阻100kΩ，NXFT15WF104FA2B050)。

審核編輯：郭婷