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提高電池監測系統中的溫度測量精度

本文作者:德州儀器       點擊: 2020-05-26 11:15
前言:
正如《下一代電池監控器:如何在提高精度和延長執行時間的同時提高電池的安全性》這篇文章所提到的,精確監控電池電壓、電流和溫度有助於確保適用於包括真空吸塵器、電動工具和電動自行車等大眾消費品的系統安全運行。在本文中,我們將更深入地研究鋰電池的溫度監控,包括系統安全運行的正確配置。

當鋰電池在超出電池製造商規定的溫度範圍工作時,有發生熱失控的風險,最終可能導致起火或爆炸。因此,為確保系統安全並符合各種標準要求,每當電池溫度超出指定溫度範圍時,必須禁用電池。但是,瞭解何時禁用電池取決於電池監控器和保護器溫度測量子系統的準確性,這對於確保系統安全運行至關重要。

德州儀器電池監控器和保護器系列的最新產品BQ76942(3個電池串聯[3S],高達10S)和BQ76952(高達3S至16S),集成了16位/ 24位Δ-Σ模數轉換器(ADC),在各種電壓測量之間進行多工,包括測量內部晶片溫度和外部熱敏電阻。

BQ76942 (10S)和BQ76952 (16S) 包含一個基於 ADC 使用其內部基準測量ΔVBE 電壓的內部晶片溫度測量。該電壓被轉換為溫度讀數,可通過串列通信介面讀取。

兩款電池監控器均支持使用多達9個器件引腳上的外部熱敏電阻進行溫度測量,這可以讓系統設計人員更靈活地選擇在電池組中何處測量溫度??芍付▎为毜臒崦綦娮铚y量值和內部晶片溫度讀數,以用作電池溫度、場效應電晶體(FET)溫度或兩者均不使用。

保護子系統使用指定為電池溫度的測量值來識別充電中的電池溫度過高/過低或放電中溫度過高/過低的情況,以及確定是否允許電池平衡。
指定FET溫度的熱敏電阻用於識別FET過熱。任何啟用但未指定用於電池或FET溫度的熱敏電阻都將用於溫度報告,但不會被保護子系統使用。

內部晶片溫度還決定是否允許電池平衡,以及是否應將器件置於關閉狀態,以避免在超出其指定工作溫度範圍時出現錯誤運行。

熱敏電阻是在連接到與REG18(~1.8V)低壓差穩壓器相連的內部上拉電阻時進行測量,如圖1所示。
 
圖1:使用外部熱敏電阻進行溫度測量

在運行期間,該器件使用可程式設計為18kΩ或180kΩ的內部上拉電阻,一次自動偏置一個熱敏電阻。上拉電阻器在出廠調試期間進行測量,其值以數位方式存儲在器件中,用於溫度計算。

電壓ADC以REG18電壓為基準,按比例測量熱敏電阻引腳電壓。每個熱敏電阻上的電壓每隔一到三個測量迴圈測量一次。原始ADC計數值可通過DASTATUS6()子命令獲得。在正常模式下,器件每隔250ms將這些測量值轉換為溫度;在睡眠模式下,器件每隔一次測量將這些測量值轉換為溫度。

BQ76942 和 BQ76952採用基於ADC測量的五階多項式來計算溫度。這些器件包括用於以下各項的默認多項式係數:
? 使用18kΩ上拉電阻的Semitec 103-AT熱敏電阻(25°C時10kΩ,B25/85 = 3,435 k)。
? 使用180kΩ上拉電阻的Semitec 204AP-2熱敏電阻(25°C時200kΩ,B25/85 = 4,470 k)。

為與其他熱敏電阻配合使用而優化的自訂係數也可寫入寄存器或一次性可程式設計記憶體中。

每個啟用的熱敏電阻計算的溫度以0.1°K為單位,可通過使用串列通信介面進行讀取。

結論
BQ76942 和BQ76952電池監控器和保護器包含一個高性能的測量子系統。該子系統集成了一個內部晶片溫度測量,並支援多達9個用於電池或FET溫度測量的外部熱敏電阻。這些器件可用于諸如電動工具和電動自行車等各類應用,以通過監控電池溫度並在情況變得危險時禁用電池組來確保系統安全。

其他資源
? 閱讀技術文章:“下一代電池監控器:如何在提高精度和延長執行時間的同時提高電池的安全性。”
? 閱讀應用說明:“BQ76942/52電池監控器的簡易配置。”
 

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