正如《下一代电池监控器:如何在提高精度和延长运行时间的同时提高电池的安全性》这篇文章所提到的,精确监控电池电压、电流和温度有助于确保适用于包括真空吸尘器、电动工具和电动自行车等大众消费品的系统安全运行。在本文中,我们将更深入地研究锂电池的温度监控,包括系统安全运行的正确配置。

 

当锂电池在超出电池制造商规定的温度范围工作时,有发生热失控的风险,最终可能导致起火或爆炸。因此,为确保系统安全并符合各种标准要求,每当电池温度超出指定温度范围时,必须禁用电池。但是,了解何时禁用电池取决于电池监控器和保护器温度测量子系统的准确性,这对于确保系统安全运行至关重要。

 

德州仪器电池监控器和保护器系列的最新产品 BQ76942(3 个电池串联[3S],高达 10S)和 BQ76952(高达 3S 至 16S),集成了 16 位 / 24 位Δ-Σ模数转换器(ADC),在各种电压测量之间进行多路复用,包括测量内部芯片温度和外部热敏电阻。

 

BQ76942 (10S)和 BQ76952 (16S) 包含一个基于 ADC 使用其内部基准测量ΔVBE 电压的内部芯片温度测量。该电压被转换为温度读数,可通过串行通信接口读取。

 

两款电池监控器均支持使用多达 9 个器件引脚上的外部热敏电阻进行温度测量,这可以让系统设计人员更灵活地选择在电池组中何处测量温度。可指定单独的热敏电阻测量值和内部芯片温度读数,以用作电池温度、场效应晶体管(FET)温度或两者均不使用。

 

保护子系统使用指定为电池温度的测量值来识别充电中的电池温度过高 / 过低或放电中温度过高 / 过低的情况,以及确定是否允许电池平衡。指定 FET 温度的热敏电阻用于识别 FET 过热。任何启用但未指定用于电池或 FET 温度的热敏电阻都将用于温度报告,但不会被保护子系统使用。

 

内部芯片温度还决定是否允许电池平衡,以及是否应将器件置于关闭状态,以避免在超出其指定工作温度范围时出现错误运行。

 

热敏电阻是在连接到与 REG18(~1.8V)低压差稳压器相连的内部上拉电阻时进行测量,如图 1 所示。

 

图 1:使用外部热敏电阻进行温度测量

 

在运行期间,该器件使用可编程为 18kΩ或 180kΩ的内部上拉电阻,一次自动偏置一个热敏电阻。上拉电阻器在出厂调试期间进行测量,其值以数字方式存储在器件中,用于温度计算。

 

电压 ADC 以 REG18 电压为基准,按比例测量热敏电阻引脚电压。每个热敏电阻上的电压每隔一到三个测量循环测量一次。原始 ADC 计数值可通过 DASTATUS6()子命令获得。在正常模式下,器件每隔 250ms 将这些测量值转换为温度;在睡眠模式下,器件每隔一次测量将这些测量值转换为温度。

 

BQ76942 和 BQ76952 采用基于 ADC 测量的五阶多项式来计算温度。这些器件包括用于以下各项的默认多项式系数:

 

  • 使用 18kΩ上拉电阻的 Semitec 103-AT 热敏电阻(25°C 时 10kΩ,B25/85 = 3,435 k)。

 

  • 使用 180kΩ上拉电阻的 Semitec 204AP-2 热敏电阻(25°C 时 200kΩ,B25/85 = 4,470 k)。

 

为与其他热敏电阻配合使用而优化的自定义系数也可写入寄存器或一次性可编程存储器中。

 

每个启用的热敏电阻计算的温度以 0.1°K 为单位,可通过使用串行通信接口进行读取。

 

结论

BQ76942 和 BQ76952 电池监控器和保护器包含一个高性能的测量子系统。该子系统集成了一个内部芯片温度测量,并支持多达 9 个用于电池或 FET 温度测量的外部热敏电阻。这些器件可用于诸如电动工具和电动自行车等各类应用,以通过监控电池温度并在情况变得危险时禁用电池组来确保系统安全。