為大型系統(tǒng)(例如電動(dòng)自行車或儲(chǔ)能)供電的電池組由許多串聯(lián)和并聯(lián)的電池組成。每個(gè)電池在理論上都是相同的，但由于制造公差和化學(xué)差異，每個(gè)電池的行為通常略有不同。隨著時(shí)間的推移，由于不同的操作條件和老化，這些差異變得更加顯著，通過(guò)限制其可用容量或潛在地?fù)p壞電池來(lái)嚴(yán)重影響電池性能。為了避免這些危險(xiǎn)情況，重要的是通過(guò)稱為電池平衡的過(guò)程定期串聯(lián)電池電壓。

被動(dòng)平衡是均衡電池電壓的最常見(jiàn)方法，它需要對(duì)充電最多的電池進(jìn)行放電，直到它們都具有相等的電荷。AFE 中的被動(dòng)單元平衡可以在外部或內(nèi)部完成。外部平衡允許更大的平衡電流，但也會(huì)增加 BOM。

另一方面，內(nèi)部平衡不會(huì)增加 BOM，但由于散熱，它通常會(huì)將平衡電流限制在較低的值。在決定內(nèi)部平衡和外部平衡時(shí)，請(qǐng)考慮外部硬件的成本和目標(biāo)平衡電流。

信元平衡的另一個(gè)重要方面是物理連接。例如，MP279x AFE 系列使用相同的引腳進(jìn)行電壓檢測(cè)和平衡。這顯著減小了 IC 尺寸，但意味著不能同時(shí)平衡連續(xù)的電池，從而增加了執(zhí)行電池平衡所需的時(shí)間。使用專用平衡引腳可減少平衡時(shí)間，但會(huì)顯著增加 IC 尺寸和總體成本。

AFE 安全功能

如本文通篇所述，控制系統(tǒng)保護(hù)和故障響應(yīng)的 AFE 在 BMS 設(shè)計(jì)中極為重要。在打開(kāi)或關(guān)閉保護(hù) FET 之前，AFE 必須能夠檢測(cè)到這些不良情況。

電池和電池組級(jí)故障，例如過(guò)壓 (OV)、欠壓 (UV)、過(guò)流 (OC)、短路 (SC)、過(guò)溫 (OT) 和欠溫 ( UT) 故障都應(yīng)該被監(jiān)控。但是，AFE 還可以為某些應(yīng)用提供其他有益的保護(hù)和功能。例如，自檢允許 IC 檢測(cè)其內(nèi)部 ADC 是否出現(xiàn)故障，從而防止系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤測(cè)量。當(dāng)主 MCU 沒(méi)有響應(yīng)時(shí)，增強(qiáng)的看門狗定時(shí)器功能還可確保穩(wěn)健性和安全性。

MP279x系列以高度可配置性提供上述故障保護(hù)，使用戶能夠?yàn)槊總€(gè)故障定義不同的閾值、去毛刺時(shí)間和滯后。這些器件還依靠?jī)蓚€(gè)不同的比較器來(lái)處理 SC 和 OC 故障條件，以最大限度地縮短響應(yīng)時(shí)間。它們還提供故障自動(dòng)恢復(fù)配置，這意味著它們可以自動(dòng)從大多數(shù)故障中恢復(fù)，而無(wú)需 MCU 采取任何措施。

MP2797 是一款可靠的電池管理器件，提供完整的模擬前端(AFE)監(jiān)控和保護(hù)解決方案。設(shè)計(jì)用于多節(jié)串聯(lián)電池管理系統(tǒng)(BMS)。該器件支持 I2C 或 SPI 通信。它支持連接 7 節(jié)至 16 節(jié)串聯(lián)電池組，特定引腳上的絕對(duì)電壓超過(guò) 80V。

MP2797 集成了兩個(gè)獨(dú)立的模數(shù)變換器(ADC)。第一個(gè) ADC 通過(guò)外部 NTC 熱敏電阻測(cè)量每個(gè)通道的差分電池電壓(最多 16 個(gè)通道)、芯片溫度和 4 通道溫度。第二個(gè) ADC 通過(guò)外部電流采樣電阻測(cè)量充電/放電電流。

該器件具有高端驅(qū)動(dòng)器和可靠的保護(hù)功能，包括過(guò)流保護(hù)(OCP)、短路保護(hù)(SCP)、電池欠壓保護(hù)(UVP)、電池過(guò)壓保護(hù)(OVP)和低溫/高溫保護(hù)。所有保護(hù)都有可配置閾值。

MP2797 內(nèi)置的自主狀態(tài)機(jī)通過(guò) ADC 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，來(lái)確保電池工作在配置的閾值范圍內(nèi)(安全工作區(qū))。它不僅內(nèi)置了被動(dòng)均衡 FET，還可以驅(qū)動(dòng)外部均衡 FET。

它可以根據(jù)不同的工作模式來(lái)優(yōu)化基礎(chǔ)電流消耗。針對(duì)需要滿足 IPC 2221B 或 UL 60950-1 標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，在超過(guò)一定的電池包電壓等級(jí)時(shí)，需要增加防護(hù)涂層。

MP2797 采用 TQFP-48(7mmx7mm)封裝。

產(chǎn)品特性和優(yōu)勢(shì)

· 支持 7 節(jié)至 16 節(jié)堆疊式電池

· I2C 或 SPI 接口，支持 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)

· 模擬前端(AFE)監(jiān)控器：

· 兩個(gè)獨(dú)立的 ADC 提供與電流嚴(yán)格同步的電池和封裝電壓

· 15 位 ADC，25°C 時(shí)總電池測(cè)量誤差 ≤5mV

· 16 位 ADC，在 25°C 時(shí)通過(guò) SRP-SRN 提供 ±0.5%(封裝電流和庫(kù)倫計(jì)數(shù))測(cè)量誤差

· 硬件可編程保護(hù)：

· 充電/放電過(guò)流保護(hù)(OCP)

· 充電/放電短路保護(hù)(SCP)

· 電池欠壓保護(hù)(UVP)和過(guò)壓保護(hù)(OVP)

· 封裝欠壓保護(hù)(UVP)和過(guò)壓保護(hù)(OVP)

· 電池低溫/高溫保護(hù)

· 芯片高溫保護(hù)

· 集成上管 FET(HS-FET)驅(qū)動(dòng)器：

· 能夠驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)以上并聯(lián) N 通道 MOSFET

· 無(wú)需預(yù)偏置電路可實(shí)現(xiàn) DSG 軟啟動(dòng)

· GPIO 或寄存器控制 FET

· 自動(dòng)或手動(dòng)電池平衡

· 專用功能：

· 低電流待機(jī)模式

· 負(fù)載/充電器插入檢測(cè)

· 高壓和低壓 GPIO

· 開(kāi)路檢測(cè)

· 電池持續(xù)失效標(biāo)記

· 用于保護(hù)閾值的可鎖定 MTP

· 支持隨機(jī)電池連接

· 采用 TQFP-48(7mmx7mm)封裝

結(jié)論

BMS 監(jiān)控電池組以保護(hù)電池和系統(tǒng)的其余部分。不合格的 BMS 不僅會(huì)降低系統(tǒng)的安全性，而且還會(huì)提供不準(zhǔn)確的電池 SoC 管理。這些不準(zhǔn)確對(duì)產(chǎn)品的最終質(zhì)量有非常重要的影響，因?yàn)樗鼈兛赡軐?dǎo)致潛在的危險(xiǎn)故障或?qū)τ脩趔w驗(yàn)產(chǎn)生負(fù)面影響的故障。為了緩解這些問(wèn)題，本文解釋了設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì) BMS 時(shí)應(yīng)該期待和尋找什么。詳細(xì)了解電池管理系統(tǒng)的工作原理以及如何使用 MPS 的BMS 評(píng)估套件進(jìn)行設(shè)計(jì)。