监控器芯片INA229-Q1检测电动汽车锂电池的状态

1.前言

最近手上新项目，需要一款电车的电池监控芯片
最后选型了一款SPI 输出电流/电压/功率/能量/充电监控器芯片INA229-Q1

芯片内设有20位Δ-Σ ADC，
专门设计用于电流检测应用
可以最大限度地提高电池管理系统(BMS)的效率

功能框图如下：

2.测试原理分析

2.1 电流测量

在48V BMS中进行的电流测量
们从看图1来分析BMS中当前测量发生的位置开始

图1：简化的汽车BMS电流测量位置，标识为堆栈顶部或堆栈底部

如图1所示，
两个最常见的位置要么是堆栈的顶部或堆栈的底部。
对于大多数48V BMS，
实现堆栈顶部位置可以检测到更多潜在的故障条件。

许多BMS将实施两种测量方法，以实现其功能安全目标。

其中一个必须是高精度的，以监测电池的充电状态。
第二个测量不需要这样的精度——它只是为了进行比较，以确保主要测量在正确的范围内。

二次测量通常在一次测量的相反位置（堆栈底部），
因此使用完全不同的并联电阻。
或者，使用诸如磁电流传感器的不同技术可以提供功能性安全冗余路径。
两种操作模式决定了该范围的高端：电池充电和牵引电机运行。

这两种用例中的任何一种都可能看到高达1000A的电流。
48-V电池的快速充电将需要这种水平的高电流，
以最大限度地减少充电时间，
而在最大扭矩下的牵引电机可能需要支持1000-a的峰值电流能力。

2.2 双向电流测量

这两个用例还强调了双向电流测量的需要，如图2所示。

图2：汽车BMS电流测量有外源和下沉电流要求

在充电时，电池将从车载充电系统产生下沉电流，
并在车辆运动时向牵引逆变器提供电流。

在当前使用频谱的另一端，将是100毫安的车辆关机操作范围，
如远程启动监控、无钥匙进入或系统固件更新。

第一步是确定测量最大电流水平所需的分流电阻值。
除了最大电流电平外，您还需要测量设备的全面输入来进行此计算。

对于双向模拟输出装置，电源电压、对电源的摆动和参考电压（即在输入为零时设置输出电平的电压）将确定最大输出摆动；最大输出摆动除以增益将确定全方位输入范围。

对于数字设备，数据表通常定义全尺寸输入。
然后，只需使用方程1和2将全比例的输入值除以最大电流，以确定最大并联电阻值。

模拟输出：

实际分流电阻值应小于计算的值，以确保避免系统公差引起的饱和。
一旦选择了分流电阻器值，
要考虑的下一项是在实现中可以接受什么级别的错误。
方程3是用于计算误差的平方根(RSS)方程，因为在统计上，
所有误差不可能同时是最坏的：

3. 测试结果

需要±1000-A功能的48V汽车BMS应用程序的最大分流值和误差预期计算