LTC?2949 是一款專為 EV 設(shè)計(jì)的高精度電流、電壓、溫度、充電、功率和電能表。通過(guò)測(cè)量這些關(guān)鍵參數(shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員具備了計(jì)算整個(gè)電池組的實(shí)時(shí)SOC和SOH以及其他品質(zhì)因數(shù)的基本要素。圖 2 示出了用于高端電流檢測(cè)配置的 LTC2949 的框圖。其中，LTC2949采用可調(diào)浮動(dòng)拓?fù)洌蛊淠軌虮O(jiān)控非常高電壓的電池組，不受其自身14.5 V額定電壓的限制。LTC2949 的電源通過(guò)一個(gè)具有 V 的 LT8301 隔離式反激式轉(zhuǎn)換器提供抄送連接到電池正極。

圖2.采用高端電流檢測(cè)配置的 LTC2949 浮動(dòng) EV 電池監(jiān)視器的典型連接。LTC2949 的電源通過(guò) LT8301 反激式提供，電壓為 V抄送連接到電池正極。

模擬領(lǐng)先

雖然驅(qū)動(dòng)器會(huì)欣賞LTC2949的數(shù)字輸出和準(zhǔn)確度，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員會(huì)欣賞LTC2949的模擬性能及其與幾乎任何EV BMS的無(wú)縫集成。LTC2949 的核心是 5 個(gè)軌至軌、低失調(diào)、Σ-Δ （∑-Δ） ADC，以確保準(zhǔn)確的電壓測(cè)量。在五個(gè)ADC中，兩個(gè)20位ADC可用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)檢測(cè)電阻兩端的電壓（如圖2所示），并以令人印象深刻的0.3%精度推斷流經(jīng)兩個(gè)獨(dú)立電源軌的電流;LTC2949失調(diào)小于1 μV，還提供極高的動(dòng)態(tài)范圍。同樣，以高達(dá)18位和0.4%的精度測(cè)量電池組總電壓。兩個(gè)專用功率ADC檢測(cè)分流器和電池組電壓輸入，產(chǎn)生0.9%的精確功率讀數(shù)。最后的 15 位 ADC 可用于測(cè)量多達(dá) 12 個(gè)輔助電壓，便于與外部溫度傳感器或電阻分壓器配合使用。利用一個(gè)內(nèi)置多路復(fù)用器，LTC2949 能夠以 0.4% 的準(zhǔn)確度在 12 個(gè)緩沖輸入中的任何一對(duì)之間執(zhí)行差分軌至軌電壓測(cè)量。

為了簡(jiǎn)化設(shè)置，LTC2949 的 5 個(gè) ADC 構(gòu)成了三個(gè)數(shù)據(jù)采集通道。每個(gè)通道可以配置為兩種速度之一，具體取決于應(yīng)用，如表 1 所示。例如，兩個(gè)通道可用于監(jiān)控單個(gè)分流電阻器：一個(gè)通道用于慢速（100 ms）高精度電流、功率、電荷和能量測(cè)量;另一個(gè)用于快速（782 μs）電流快照，與電池組電壓測(cè)量同步，用于阻抗跟蹤或預(yù)充電測(cè)量。或者，通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立通道監(jiān)控的兩個(gè)不同尺寸的分流電阻（如圖2所示），允許用戶平衡每個(gè)分流器的精度和功率損耗。同時(shí)，第三個(gè)輔助通道可以對(duì)可選緩沖輸入進(jìn)行快速測(cè)量，也可以對(duì)兩個(gè)可配置輸入（堆棧電壓、芯片溫度、電源電壓和基準(zhǔn)電壓）進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)（RR）測(cè)量。

當(dāng)LTC2949的三個(gè)數(shù)據(jù)采集通道中的任何一個(gè)配置為快速模式（782 μs轉(zhuǎn)換時(shí)間和15位分辨率）時(shí)，LTC2949可以將其電池組電壓和電流測(cè)量值與來(lái)自任何LTC681x多節(jié)電池監(jiān)視器的電池電壓測(cè)量值同步，以推斷單個(gè)電池阻抗、年齡和SOH。有了這些信息，就可以評(píng)估堆棧電池壽命，因?yàn)樽钊醯碾姵刈罱K決定了整個(gè)堆棧的SOH。

由于 SOH 是電池（或電池組）生命周期中的一個(gè)點(diǎn)，也是衡量其相對(duì)于新電池的狀況的指標(biāo)，因此使用精確的 EV BMS 監(jiān)視器不僅要最大限度地提高行駛里程，還要最大限度地減少意外的電池故障，這一點(diǎn)很重要。說(shuō)到電池壽命，LTC2949在導(dǎo)通時(shí)僅消耗16 mA，在睡眠時(shí)僅消耗8 μA。

數(shù)字優(yōu)勢(shì)

LTC2949 的數(shù)字特性包括一個(gè)過(guò)采樣乘法器和累加器（產(chǎn)生 18 位功率值）以及 48 位能量和充電值 — 報(bào)告最小值和最大值，以及基于用戶定義的限值的警報(bào)。這樣，BMS 控制器和總線就不必連續(xù)輪詢 LTC2949 以獲取電壓和電流數(shù)據(jù)，也無(wú)需根據(jù)結(jié)果執(zhí)行計(jì)算。通過(guò)以過(guò)采樣ADC時(shí)鐘速率（預(yù)抽取濾波器）采集功率樣本，而不是乘以平均值，LTC2949可在電流和電壓變化遠(yuǎn)超出其轉(zhuǎn)換速率的情況下準(zhǔn)確測(cè)量功率，信號(hào)高達(dá)50 kHz。

由于 LTC2949 跟蹤電流、電壓、功率和溫度數(shù)據(jù)的最小值和最大值，因此總線和主機(jī)可以將時(shí)鐘周期用于其他任務(wù)，而不是連續(xù)輪詢 LTC2949。除了檢測(cè)和存儲(chǔ)最小值和最大值外，LTC2949 還可以在超過(guò)任何用戶定義的門限時(shí)發(fā)出警報(bào) — 再次將主機(jī)控制器和總線從輪詢?nèi)蝿?wù)中釋放出來(lái)。LTC2949 還可在提供指定量的能量或電荷后，或在經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)時(shí)間量后產(chǎn)生溢出警報(bào)。

為確保監(jiān)視準(zhǔn)確度，LTC2949 提供了可編程增益校正因數(shù)以補(bǔ)償測(cè)量組件的容差：兩個(gè)用于分流電阻器、一個(gè)電池分壓器和四個(gè)多路復(fù)用輸入。這些校正因子可以存儲(chǔ)在外部EEPROM中，以便采用模塊化方法對(duì)電池組進(jìn)行工廠校準(zhǔn)。此外，LTC2949 可通過(guò)求解具有可編程系數(shù)的斯坦哈特-哈特方程，對(duì)多達(dá)兩個(gè)外部 NTC 熱敏電阻的溫度讀數(shù)進(jìn)行線性化;然后，這些讀數(shù)可用于自動(dòng)對(duì)分流電阻讀數(shù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。通過(guò)持續(xù)補(bǔ)償容差和溫度影響，不僅可以提高監(jiān)控精度，還可以使用成本更低的外部元件。

LTC2949 上有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) SPI 接口，用于直接連接 MCU。ADI專有的isoSPI接口也存在。isoSPI是標(biāo)準(zhǔn)芯片級(jí)SPI的物理層改編，可釋放經(jīng)濟(jì)高效的分布式封裝架構(gòu)的全部潛力。isoSPI 專為高電壓和高噪聲系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，僅使用一根雙絞線電纜和一個(gè)簡(jiǎn)單的脈沖變壓器，即可在長(zhǎng)達(dá) 100 米的電纜上提供高達(dá) 1 Mbps 的安全、可靠的信息傳輸。isoSPI也比其他板載隔離解決方案便宜。圖 3 示出了 LTC2949 如何利用 isoSPI 以及 LTC6811-1 作為菊花鏈或可尋址并聯(lián)配置中的最后一個(gè)元件。

圖3.LTC2949 異位 SPI 配置。

結(jié)論

電動(dòng)汽車已成為主流，導(dǎo)致大批量采用的拐點(diǎn)。為了保持競(jìng)爭(zhēng)力，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要密切關(guān)注電池和BMS技術(shù)，這些技術(shù)對(duì)最終用戶體驗(yàn)有著深遠(yuǎn)的影響。LTC2949 是 ADI 進(jìn)軍 BMS 監(jiān)控領(lǐng)域的最新產(chǎn)品，可輕松滿足多種堆棧監(jiān)控拓?fù)浜团渲玫男枨蟆Ｔ趲缀跞魏坞妷汉腿魏坞娏魉较拢琇TC2949 都能實(shí)現(xiàn)高性能、安全、靈活和可靠的電池管理系統(tǒng)。通過(guò)準(zhǔn)確讀取電流、電壓、功率、能量、電荷、溫度和時(shí)間，可立即準(zhǔn)確評(píng)估電池 SOH 和 SOC。LTC2949 的模擬能力與其對(duì)可用數(shù)字輸出的高速處理相匹配。關(guān)鍵最小值、最大值和警報(bào)可通過(guò)一個(gè)防彈 isoSPI 接口進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算并報(bào)告給 LTC2949。這減少了對(duì)主機(jī)資源、總線設(shè)計(jì)和測(cè)試以及軟件設(shè)計(jì)的需求。一些數(shù)字功能包括乘法器、累加器、最小/最大寄存器、可配置警報(bào)和外部元件容差/溫度補(bǔ)償。LTC2949 專為獨(dú)立工作或與任何 LTC681x 多節(jié)電池監(jiān)視器配合使用而設(shè)計(jì)，可滿足對(duì)下一代 EV BMS 的關(guān)鍵需求，同時(shí)滿足嚴(yán)格的 AEC-Q100 準(zhǔn)則和 ISO 26262 安全標(biāo)準(zhǔn)。

審核編輯：郭婷