AFE断线自检功能分析

AFE芯片中有一个重要的功能断线自检，包括了电压采样线断线检测和温度采样线断线。如果发生电压采样线断线则该点电压会被这条采样线的上下两个电芯的内阻分压得到错误的采样值，如果不能分辨这种状态就可能会造成电芯一致性报警，过充，过放等故障。或者发生断线后从上位机上读出电压值有异常但是不能定位到是电芯本身原因还是采样电路故障，这时候用断线自检功能就很方便不用开包拿万用表实测电芯了，但是断线自检功能也是双刃剑如果使用不当就会造成误报断线故障。目前各家AFE基本采用两种方案来完成断线自检：电流源法和电阻分压法;下面我们用两个AFE芯片来一起学习这个功能。

电流源法

LTC68XX系列采样电流源法完成断线自检功能的原理是分别进行上/下拉采样，然后把这两次采样值一一对应做差，如果压差ΔV>400mv则认为断线。

ADOW 命令用于检查 LTC6804 中的 ADC 与外部电池之间的任何导线开路。该命令和 ADCV命令一样在 C 引脚输入端上执行 ADC 转换，仅有的区别是两个内部电流源在其被测量的过程中吸收或供应电流至两个C引脚。ADOW 命令的上拉 (PUP) 位负责确定电流源是吸收还是供应100μA 电流。可以采用下面的简单算法来检测 13 个 C 引脚中任何一个上的导线开路

在 PUP = 1 的情况下运行 12 节电池命令 ADOW 至少两次。在结束时读取电池 1 至12的电压一次并将其存储在阵列 CELLPU(n) 中。

在 PUP = 0 的情况下运行 12 节电池命令 ADOW 至少两次。在结束时读取电池 1 至12 的电压一次并将其存储在阵列 CELLPD(n) 中。

获取上述步骤中针对电池 2 至 12 的上拉与下拉测量结果之差：CELLΔ(n) = CELLPU(n)– CELLPD(n)。

对于从 1 至 11 的所有 n 值：如果 CELLΔ(n+1) < – 4 0 0 m V，则 C ( n ) 开路。如果C E L L P U( 1 ) = 0.0000，则 C(0) 开路。若 CELLPD(12) = 0.0000，则C(12) 开路。

上述算法采用标准模式转换来检测导线开路，开路导线的LTC6804 端可存在多达 10nF 的电容。然而，如果在开路C 引脚上存在更多的外部电容，则导线开路转换在步骤1 和2 中的运行时间长度必须增加，从而为 100μA 电流源产生一个足够大的差异 (以便算法检测开路连接) 提供时间。这可通过在步骤 1 和 2 中运行两个以上的 ADOW 命令 (或者採用滤波模式转换代替标准模式转换) 来实现。

临界状态下，第一次采样(PU采样)电压是相对静止的，第二次采样(PD采样)刚好电压下降，而且压差超过手册推荐ΔV(400mv)，这就会误判断路，实际中这是不允许的。可能有人会说我可以增大ΔV阈值，但实际的Cell状态和很多因素有关，包括电芯类型、环境温度、SOC状态、老化程度，单一的仅通过改变ΔV会出现两种情况：ΔV大了可能检测不到断线，ΔV小了又容易误判。

为了避免误判问题，我们可以加入电流判断(需应用支持)的条件，具体可以这样做：第一次采样(PU采样)的时候，读取干线电流值并记录为Cur1，此后每次采样(PU/PD采样)都读取一次电流Curi同Cur1比较，一旦MATH_ABS(Curi, Cur1)大于设定阈值，则放弃本次自检。这里需要注意的是两次采样间隔不能太长，因为Cell电压变化是滞后电流的，也就是说进行检测的前一刻如果电流变化很大，后一时刻电流虽然稳定了，但是电压可能还没稳定，最好就是检测到电流稳定后一段时间在进行开路自检。

电阻分压法

美信公司的MAX14920/14921 AFE使用的电阻分压法方案完成断线自检

为了检查单点开路连接，更快的方法是在采样阶段仅使能所选电池的平衡FET，然后读取所选电池的电压。如果CVn浮空，平衡FET快速(时间取决于使用平衡电阻)将CVn短路至CVn  -  1，读数为~0V或CVn，CVn  +  1电压高于VA。

开路检测方法的步骤：

将BAn位置1;

在保持阶段之前等待时间RBAL x CSAMPLE;

将CVn电压连接至AOUT;

对所有电池重复该过程;

在此期间，电容和外部FET需要承受等于VCVn - VCVn-1的电压，其中n = 1-12 (MAX14920)或n = 1-16 (MAX14921)。