電路之全隔離式鋰離子電池監控和保護系統

2020-12-20 電子產品世界

　　鋰離子（Li-Ion）電池組包含大量的電池單元，必須正確監控才能提高電池效率，延長電池壽命並確保安全性。圖1所示電路中的6通道AD7280A器件充當主監控器，向系統演示平臺（SDP-B）評估板提供精確的電壓測量數據，而6通道AD8280器件充當副監控器和保護系統。兩個器件均採用8 V至30 V的單電源寬工作電壓範圍，工作溫度範圍為-40℃至+105℃工業溫度範圍。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/228050.htm

　　

　　圖1. 鋰離子電池監控和保護系統原理示意圖

　　AD7280A內置一個±3 ppm基準電壓源，提供±1.6 mV的電池電壓測量精度。ADC解析度為12位，轉換48個單元只需7 μs時間。

　　AD7280A具有電池平衡接口輸出，用來控制外部FET電晶體，允許各電池放電，並強行使堆疊中的所有電池單元具有相同電壓。

　　AD8280獨立於主監控器工作，並提供報警功能，可指示超容差條件。該器件內置自用基準電壓源和LDO,二者均完全採用電池組供電。基準電壓源與外部電阻分壓器一起，用來設置過壓/欠壓的跳變點。每個電池通道都含有可編程去毛刺（D/G）電路，以免瞬時輸入電平引發報警。

　　AD7280A和AD8280位於電池管理系統（BMS）的高壓端，具有一個菊花連結口，最多能將8個AD7280A和8個AD8280堆疊在一起，以監控48個鋰離子電池單元的電壓。堆疊中的相鄰AD7280A和AD8280可以直接通信，向上向下傳遞數據，而無需隔離。

　　堆疊底部的主器件使用SPI接口和GPIO與SDP-B評估板通信，只有在這個地方才需要高壓電流隔離，以便保護SDP-B板的低壓端。數字隔離器ADuM1400、ADuM1401和集成DC-DC轉換器的隔離器ADuM5404共同提供所需的11通道隔離，構成一種緊湊、高性價比的解決方案。ADuM5404還可為較低AD7280A的VDRIVE輸入提供5 V隔離輸出，並為ADuM1400和ADuM1401隔離器提供VDD2電源電壓。

　　電路描述

　　AD7280A是一款完整的數據採集系統，內置一個高壓輸入多路復用器、一個低壓輸入多路復用器、一個12位、1 μs SAR ADC和用於通道時序控制的片內寄存器。HV MUX用於測量串聯鋰離子電池單元，如圖1所示。LV MUX提供單端ADC輸入，可結合外部熱敏電阻測量個別電池單元的溫度；如果不需要溫度測量，則可利用輔助ADC輸入轉換任何其它0 V至5 V輸入信號。另外還提供2.5 V精密基準電壓源和片內電壓調節器。

　　AD8280是一款用於鋰離子電池組的純硬連線安全監控器，配合AD7280A使用時，可提供具有可調閾值檢測和共用或單獨報警輸出的低成本、冗餘、備用電池監控器。它具有自測功能，因此適合混合動力電動汽車等高可靠性應用或者不間斷電源等高壓工業應用。AD7280A和AD8280均從監控的電池單元獲得電源。

　　ADuM5404集成一個DC-DC轉換器，用於向ADuM1400和ADuM1401隔離器的高壓端供電，以及向AD7280A SPI接口提供VDRIVE電源。這些4通道、磁性隔離電路是安全、可靠、易用的光耦合器替代解決方案。　　為了優化菊花鏈在高噪聲條件下的通信性能（例如遇到電池幹擾時），菊花鏈信號被屏蔽在印刷電路板（PCB）的一個內層上，上下都由VSS電源層提供屏蔽，該電源層連接到菊花鏈中上一個器件的VSS引腳。圖2所示為EVAL-CN0235-SDPZ PCB的頂層，包含AD7280A的上部屏蔽，圖5所示為底層，包含AD8280的上部屏蔽。圖3所示為內層（第2層），它包含屏蔽的菊花鏈信號，下方的屏蔽在圖4所示的第3層上實現。每個菊花鏈連接上都配有22 pF電容，根據菊花鏈的數據流方向，這些電容端接於上一個器件的VSS引腳或下一個器件的VDD引腳。PD、CS、SCLK、SDI和CNVST菊花鏈連接沿菊花鏈向上傳遞數據，因此這些引腳上的22 pF電容端接於上一個器件的VSS引腳。

　　

　　圖2. EVAL-CN0235-SDPZ PCB的頂層包含AD7280A菊花鏈信號的上部屏蔽

　　

　　圖3. EVAL-CN0235-SDPZ PCB的第2層包含屏蔽的AD7280A菊花鏈信號

　　

　　圖4. EVAL-CN0235-SDPZ PCB的第3層包含屏蔽的AD8280菊花鏈信號

　　

　　圖5. EVAL-CN0235-SDPZ PCB的底層包含AD8280菊花鏈信
隔離器相關文章:隔離器原理

相關焦點

  • 鋰離子電池用保護電路的低功耗設計
    和其它二次電池相比, 鋰電池具有更高的體積密度和能量密度, 因此在行動電話、個人數字助理(Personal Digital Assistan t, PDA )、計算機等手提式電子設備中獲得了極為廣泛的應用。 一方面, 以鋰電池為供電電源的電路設計中, 要求將越來越複雜的混合信號系統集成到一個小面積晶片上, 這必然給數字、模擬電路提出了低壓、低功耗問題。
  • 鋰離子電池組均衡和保護的關係研究*
    關鍵詞： 鋰離子電池組；保護電路；平均電池電壓均衡引言近年來，越來越多的產品採用鋰離子電池做為主要電源，主要是由於鋰離子電池具有體積小，能量密度高，無記憶效應，循環壽命高，自放電率低等優點；但同時鋰離子電池對充放電要求很高
  • 基於Boost-Buck電路的鋰離子電池組均衡充電方法
    鋰離子電池以其標稱電壓高、比能量高、自放 電率小、使用壽命長和環境友好等特點得到廣泛應用。鑑於應用中對電壓等級的要求越來越高，通常將單體鋰離子電池以串並聯的方式組成電池組提高其電壓及容量。但是,由於製造工藝的缺陷以及原材料材質的不均勻，各單元電池的容量和內阻不可能完全一致。
  • 如何評價不同SOC狀態的鋰離子電池和電池系統安全?
    鋰離子電池具有高能量密度和高功率密度特性，但是同時也存在著安全風險。化學體系設計、製程方面的缺陷，可能會導致電池出現不可預期的失效。有關不同SOC對鋰離子電池的安全綜合評估很少報導。在本工作中，作者對不同形狀（圓柱和軟包電池）、正極體系（NCM，NCA，LFP）和容量的電池進行研究。考察了電池在最惡劣的非標稱條件（即加熱產生高溫和低阻抗外短路）下的安全性能。
  • 航天鋰離子電池均衡充電技術綜述
    鋰離子電池充電管理電路的關鍵點（與鎘鎳、氫鎳電池充電管理電路主要不同點）主要包括兩方面：充電方式和均衡充電。在工程應用中，鋰離子電池單體或由單電池並聯組成的電池模塊必然要串聯成電池組，故必須考慮充電過程中各電池單體或電池模塊的失衡現象，而且隨著時間的推移，這種失衡現象會愈加嚴重，嚴重影響電池壽命和可靠性，因此均衡充電也是鋰離子充電的關鍵技術。
  • 鋰離子電池滿足數據中心的電源需求,有哪些安裝和選擇注意事項
    對於那些計劃提高數據中心性能的組織來說，更好的選擇是採用鋰離子電池來滿足電力需求的增長。 使用鋰離子電池為數據中心節省更多的空間 長期以來，數據中心的電源系統一直採用的是閥控式鉛酸（VRLA）蓄電池。儘管鉛酸電池已成為數十年來採用的標準產品，但由於具有佔地面積小和效率高等優點，鋰離子電池在數據中心獲得了越來越多的應用。
  • 德州儀器電池監控、保護及認證解決方案
    德州儀器 (TI) 提供鋰離子電池監控、保護、認證和外設 IC 的多功能組合。監控器採集重要電池參數，如電壓、電流和溫度，並將這些信息轉發給微控制器。電池保護器檢測從簡單(僅過壓)到高級(檢測更多故障)的多種故障條件，如過壓、欠壓、放電過流和短路。認證和識別 IC 提供針對電池組和配件(如充電電纜和印表機墨盒)的安全認證或識別。
  • 鋰離子電池的低溫性能如何,制約鋰離子電池低溫性能的因素
    鋰離子電池自商業化以來，以壽命長、比容量大、無記憶效應等優點，獲得了廣泛應用，以往對鋰離子電池的循環壽命和安全性關注較多，隨著應用領域不斷拓展，鋰離子電池的低溫性能低劣帶來的制約愈加明顯。 隨著鋰離子電池在電動汽車及軍工領域應用的迅速發展，其低溫性能不能適應特殊低溫天氣或極端環境的缺點也愈發明顯。
  • 德州儀器快速充電技術延長鋰離子電池使用壽命
    該 bq27530 與 bq27531 電量監測計電路和 TI bq2416x 與 bq2419x 充電器相結合，可優化電池性能：既支持最高可能的充電倍率，又可實現最低的電池損耗。　　本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/146198.htm
  • 動力鋰離子電池管理系統設計方案
    1.3、過電流/短路保護　　鋰離子電池的最大放電電流有一定限制，過大的放電電流同樣會引起鋰電池的不可恢復的損壞，影響其使用壽命。　　短路保護這個功能其實是過流保護的擴展，若由於外部短路等原因引起的大電流放電時要立刻停止放電，否則對鋰電池本身和外部設備都可能會造成嚴重的損害。　　過流保護的延時時間一般至少要幾百微秒至毫秒，而短路保護的延時時間是微秒級的，幾乎是短路的瞬間就切斷了迴路，可以避免短路對電池帶來的巨大損傷。
  • 電動汽車動力系統工作原理及解決方案
    (一) ADI全隔離式鋰離子電池監控和保護系統1.方案特點鋰離子電池組包含大量的電池單元，必須正確監控才能提高電池效率，延長電池壽命確保安全性。方案中的 6 通道 AD7280A 器件充當主監控器，向系統演示平臺評估板提供精確的電壓測量數據，而 6 通道 AD8280 器件充當副監控器和保護系統。
  • 無人機系統電路設計圖集錦TOP5 —電路圖天天讀(149)
    其特點為雙全橋 MOSFET驅動，低導通電阻Ron=0．55 Ω，最高耐壓36 V，大電流2．2 A（峰值），多種細分可選，最高可達128細分，具有自動半流鎖定功能，快衰、慢衰、混合式衰減3種衰減方式可選，內置溫度保護及過流保護。圖4為航向角步進電機驅動電路，俯仰角、橫滾角步進電機驅動與之相同。圖中CP1與U／D分別為單片機給出的驅動脈衝與電機運行方向控制信號。
  • 優能工程師:鋰離子電池內部構造及其特點有哪些
    ，構成全固態鋰聚合物鋰離子電池。通過鋰離子在碳中分離和結合進行充電和放電。 鋰離子電池的構造 電動轎車鋰離子電池的單體格電池做成圓柱形或稜柱形，然後將單體電池組合成鋰離子電池總成。鋰離子電池由正極、負極和固體鋰離子導體組成，它們封裝在外殼中。
  • 全新陽極和陰極,全固態鋰離子電池,科學家開發出更強大的電池
    該設計是開發安全的全固態電池概念的一部分，該固態電池無需使用通常用作電池兩個電極之間的電解質材料的液體或聚合物凝膠。電解質使鋰離子在電池的充電和放電循環中來回運動，而全固態版本比液體電解質更安全，液體電解質具有很高的揮發性，通常是鋰電池爆炸的主要原因。
  • 什麼原因導致鋰離子電池爆炸?我會給你一個詳細的分析
    鋰離子電池原理鋰離子電池主要由正極，負極，隔膜和電解液組成，正負極層緊密軋制在一起，層與層之間用絕緣體隔開，正負極浸入電解液中.. 下面以圓柱電池和方形電池為例，分別由兩種不同的鋰插層化合物組成的鋰離子電池結構電池正負極.. 正極材料主要有過渡金屬氧化物，金屬氧化物，金屬硫化物等..
  • 全固態鋰離子電池正極界面的研究進展
    因此，提高全固態鋰離子電池正極材料固-固界面的穩定性是提升全固態鋰離子電池電化學性能的關鍵。 然而，對全固態鋰離子電池正極材料固-固界面基礎科學問題的認識不清限制了其性能的進一步提升。本文將對全固態鋰離子電池正極界面的化學穩定性、電化學穩定性、機械穩定性和熱穩定性的機理問題進行探討，對不同影響因素和優化方法進行總結和討論，為全固態鋰離子電池的開發和應用提供參考。
  • 基於實現電池組串並聯切換的管理系統研究
    基於電池組串並聯切換的智能充電系統由三個模塊組成，包含串並聯切換模塊、智能控制模塊和電芯保護模塊，串並聯切換電路系統整體框圖如圖1所示。圖1 串並聯切換電路系統整體框圖每個電池組都由各自的電池保護模塊提供安全保護。
  • 談談鋰離子電池使用安全性
    自從鋰離子（Lithium-Ion， Li-ion）電池取代鎳氫（NiMH）電池以來，越來越常應用在手機、平板計算機、超輕薄筆電及其他可攜式電子產品，近幾年來這些電子產品對電池容量要求越來越高，但同時要求電池體積要更小和更薄，這使得鋰電池要具有更高容量密度。
  • 解析48V鋰離子電池系統的關鍵技術及應用現狀
    48V系統是對12V微混自動啟停系統的改進，該系統電壓為48V，用能量小於一度電的功率型鋰離子電池代替傳統的鉛酸電池，用BSG電機代替傳統的啟動電機和發電機，相當於一個增強版的自動啟停系統，除了自動啟停的功能之外，還能夠在必要的時候，提供輔助動力。
  • 電源管理晶片bq24040中文資料的特性參數及充電電路
    系列器件是高度集成的鋰離子電池線性充電器針對空間有限的可攜式應用設備。高輸入電壓範圍輸入過壓保護支持低成本的非穩壓適配器。 　　bq24040有一個單一的輸出功率，電池充電。系統負載，只要系統的平均負載不保持電池充分充電在10小時安全定時器可放置在與電池並聯。