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利用NTC温度传感器监测到电池管理系统

时间:2018-07-31 ??来源:敏创电子??编辑:热敏电阻厂家??浏览:

  

  环境问题正在刺激清洁交通工具的发展。最流行的是全电动和混合电动汽车,它们使用多组锂离子电池作为电源。为了确保有效的操作和长时间的电池寿命,电池连续监测可用电量,称为充电状态(SOC)。电池的温度是SOC计算的重要因素。

  另外,汽车运行环境恶劣,可能出现许多故障情况。过度加载电池组(在最坏情况下出现短路情况)会造成危险的过热情况,需要不断的关注。出于安全原因,通常需要不太准确的故障条件温度感测。

  电池监控片上系统是潜在的解决方案。凌特公司的LTC6802就是一个例子。该器件的主要功能是测量单个堆栈上最多12个单元的电压,并向主控制器提供SOC计算所需的数据,以及基本的安全操作条件。

  该器件的12位Δ-Σ模数转换器(ADC)在其前面有一个15通道多路复用器。15个通道用于12个电池电压和三个温度测量。温度通道有一个专用于测量芯片的芯片温度,两个用于外部温度传感器。使用LTC6802测量温度的电路示例包括用于SOC计算的精确热敏电阻传感器(图1)和一个简单的基于二极管的“热点”检测器(图2)。

  在较低的温度下,锂离子电池会变得更加电阻,并且在完整(典型的4.2V的VCELL)和空的(仅2.5V的VCELL)状态之间提供更少的电荷。在较高的工作温度下,电池的自放电电流增加,并成为SOC计算的重要因素。在典型的系统中,电池的性能随温度而变化。这些信息存储在查找表中。与电池电压读数一起,电池组温度将从表格中检索电池特性信息以用于SOC计算。将热敏电阻连接到电池组是一种便宜而合理的温度监测方法。

  在图1中,一个负温度系数(NTC)热敏电阻与一个固定电阻并联,以使温度变化趋于平缓。热敏电阻是高度非线性的,在整个温度范围内呈现指数变化的电阻:

  其中RO是参考温度T0(开尔文)下的标称电阻,B参数是为特定热敏电阻提供的。但是,在很多情况下,可以做一个简单的近似。例如,在有限的温度范围内,NTC热敏电阻的电阻在每°C约-4%的范围内变化。

  LT6001是一款双通道13μA微功耗运算放大器,用于为热敏电阻提供偏置电压,并将施加于LTC6802温度输入端的电压转换为电平转换至ADC。器件中包含参考电压(3.072 V)和稳压器电压(5 V)。

  输出范围在-20°C至60°C(大多数锂电池的典型工作范围)的温度范围内设置为大约0.2至4.2 V. 输出电压的平均斜率为50 mV /°C,每度温度变化超过30个ADC计数。图1中的图表显示了所示电路值的温度精确确定。

  一串二极管可以分布在整个电池系统中,作为创建热点警告指示的简单和廉价的方式(再次参见图2)。此警告仅指示系统中某处可能出现过热问题。问题的确切位置是未知的,但为了安全起见,系统可能被禁用,直到进一步诊断。

  每个二极管,从相同的源偏置,将具有传统的-2毫伏/°C的温度系数。测量到的串联电压将由具有最低正向压降的最热二极管决定。任何数量的二极管都可以使用。

  内置ADC的分辨率为每次1.5 mV。在正常操作的ADC代码测量中下降150个计数将表明温度上升了75℃的热点。图2所示的数据是二极管串上的电压,只有一个受到温度变化的影响。其他三个二极管保持在20°C。