如何为多节电池的工业应用，添加电池监视IC

1.前言

随着电池技术的应用越来越多，新的问题也在不断涌现。许多工业应用需要比电池供电应用更多的电池单元，例如手机和笔记本电脑。电动汽车、备用电池设备和真空吸尘器等工业电池管理系统可以有 12、16、24 或更多个串联电池单元。然而，传统的电池监控器每个设备最多只能处理 16 节串联电池，因此超过 16 节串联电池的电池管理系统需要多个电池监控设备。因此，在堆叠多个电池监视器时，需要添加部件，以便系统内部的电池监视器可以相互通信。

2.使用TI的“BQ76952 ”进行堆栈配置

所述BQ76952 电池监视器监视系统故障的电池组。如果发生几种类型的系统故障中的任何一种，必须将 FAULT 信号传输到保护 FET（场效应晶体管）。堆栈中的所有电池监视器都必须连接到这些 FET。所述BQ76952 具有高侧的N沟道FET驱动器，但它不是很实用的堆叠配置中使用。相反，它可以与地电平保护信号结合来控制低侧保护 FET。

图 1 是一个电路框图，其中堆叠了两个BQ76952 电池监视器。在此配置中，外部电路用于控制低侧保护 N 沟道 FET。每个设备都通过I 2 C 总线连接到主微控制器，但上层设备使用 2.5 kV I 2 C 隔离器。与只有一个电池监视器的设计相比，该示例需要添加一些组件才能使两个电池监视器退出关断模式。还需要为功能添加部件，以便在保护 FET 禁用时正确检测负载。

图1 ：使用“BQ76952  ”电池监视器的堆栈配置框图

3.“BQ76952  ”电池系统保护

与通讯信号一样，必须正确配置保护信号。该BQ76952具有匹配于所述高侧FET驱动器中使用的控制功能的逻辑的逻辑电平输出。这些输出由每个电池监视器的本地低压差稳压器 (LDO) 驱动，可编程电压高达 5V。如前所述，可以通过组合来自堆叠器件的这些信号来控制低侧 N 沟道 FET，如图 2 所示。

图2 ：BQ76952 电池监视器组合保护解决方案

该BQ76952 具有关断模式，以降低功耗。要从关机模式唤醒并返回正常操作，请使用以下两种方法之一：

· 向 LD 引脚施加电压。正常情况下，当连接充电器时，会产生 LD 引脚的电压。

· 将 TS2 引脚（关断期间具有 5MΩ 源阻抗的 5V 弱电平）下拉至 VSS

确保堆栈中的所有电池监视器都有唤醒措施，以确保整个系统正常运行。充电器连接也通过向器件的 LD 引脚施加电压来唤醒，但重要的是添加适当的电路以将每个引脚上的电压限制为数据表中的规格。

所述BQ76952 支持 I2 C，SPI（串行外围接口），和HDQ（高速数据输入/输出）通信功能高达400千赫。单独的I每个设备2个C地址可以设置。ISO1541 隔离器有助于 与其他设备进行通信。另一种选择是使用分立电路进行电平转换。图 3 显示了使用分立电路进行 SPI 通信的示例。

图3 ：BQ76952 堆栈解决方案与电池监视器的串行通信

4.“BQ76952  ”负载检测

所述BQ76952配备有负载检测功能，可检测负载已被从电池组移除当FET被禁用。重要的是确保此信号传播到堆栈中的所有设备。否则，电池监视器的工作状态将取决于负载的存在与否。堆栈中的所有电池监视器必须始终处于相同模式。当 FET 因短路或过流而失效时，此检测功能还可用于恢复。

负载检测功能专为与高侧 FET 一起使用而设计。当 FET 关闭时，该器件会定期从 LD 引脚汲取 100 µA 的电流并测量该引脚上的电压。如果电压超过 4V 阈值，设备将检测负载是否已移除。此功能也可用于具有低侧 FET 和附加外部电路的堆栈配置。图 4 是负载检测电路的示例。

图4 ：使用“BQ76952 ”电池监视器的堆栈配置的负载检测功能

5.“BQ76952 ”的电池平衡

使用多个电池监视器可能会导致连接到下部设备的电池和连接到上部设备的电池之间不平衡。为避免堆叠中因功耗不均而导致电池不平衡，将堆叠中的每个设备配置为内部启用同一组模块或组件以平衡功耗。在平衡从堆叠器件的 LDO 到外部电路的电源时必须小心。如果您担心，可以从堆栈顶部为每个电池监视器及其关联的 LDO 供电。

随机安装电池意味着无论您如何连接电池，设备都能按预期工作。但是，具有多个设备的设计并不总是支持此功能。应仔细注意每个设备的指南，并应正确连接电池单元，以免烧毁串联保险丝。所述BQ76952 电池监视器支持在生产线上的能力的程序设置到一次性可编程存储器中。

6.概括

工业应用中电池供电应用的开始带来了新的技术挑战。堆叠多个设备是必不可少的，因为这种类型的应用有大量的电池，单个电池监视器无法容纳。TI 最新产品组合中的电池监视器可堆叠以满足此设计要求。