1.7 TI BMS 方案 - 主机控制保护方案原理及设计要点

而对于我们的主机控制的一些保护方案的话

下面会进行一个介绍

首先是主机控制的一个优点

由于有前端芯片的一个存在

可以去对电压电流和温度进行更加精确的采集

这样子的话可以去对电芯和电芯的一个工作状态

它的这个使用容量去进行精准的估算

那这样子的话可以方便系统知道

剩余电池的一个容量

方便是做一些智能化的管理

第二个就是在安全性上

由于这个采集的精度相对较高

那这样子的话对整个保护

它这个裕量的控制就会非常的精准

第三个就是在均衡管理方面

有前端芯片的存在

那可以去执行这样这个被动均衡的一个算法

通过 MCU 来执行这样的算法的话

可以使整个电池组的这个使用寿命更加的延长

目前来说 TI 推进的一个智能化管理芯片

由两个芯片来组成

第一个就是我们的前端芯片

bq76920/930 或者 940 这样子的一个采集芯片

它是内部集成了电压采集的 ADC

和电流采集的 Coulomb Counter

那这样子的话

可以去对电池的一个电压和电流进行监控

另外的话还有一个温度检测的一个 NTC 输入

这些采集的数字信号

通过 I2C 口可以传送到后面的一些 MCU

或者是 TI 推出的这样子一颗

专用的电芯管理的一个 bq78350

它同样是一个处理器

但是它会内部有 TI

设计的一些管理的系统和操作的逻辑

通过这样子的一个芯片

并且它可以提供对电池的一个容量的估算和寿命的估算

另外如果说需要在高边

去进行一个 MOS 的一个管理的话

我们也推荐高边的 NFET 的驱动

通常来说如果把 MOS 管放置在 Pack+ 上的话

最简单的驱动方式是通过 PMOS

对整个 Pack+ 它的一个模式进行控制

而 PMOS 在动力电池里面

它的这个选型和它的价钱都是成本相对较高的

如果说是需要在高边去放置这样这个保护的话

需要一个额外的高边驱动

去对整个 NMOS 进行一个驱动器

而高边和低边的最主要区别在于说

当你的 MOS 管放置在 Pack- 上的时候

它如果发生了保护 Pack- 的一个 MOS 管关断

MCU 对外的通讯口会有这个高压进来

这样子会导致 MCU 的这个通讯不通畅

甚至可能损坏

需要做一些高压的防护

在于前端芯片来说

bq76920/930/940 是一个系列的这样子的一个芯片

分别针对于 5 串、10 串和 15 串的一个设计

因此它的一个兼容性是完全一样的

它的 Pin 脚的分布也是按顺序来的

这样子的话在做 layout 和设计的时候

这三样相关芯片可以非常快速地去替换

并且它的这个寄存器配置

以及操作逻辑都是一致的

所以在 MCU 上去写相同的代码

就可以实现这三种不同的一个前端芯片进行管理

去适应不同的串数的电池的一个模组

76930 它的一个主要工作是三大部分

第一部分就是测量

电芯的电压、电流、温度

自身带的一个温度

还有总电池的一个电压进行测量

第二个是保护对电池上出现的

一些过压、欠压、过流、短路

进行这样的一个保护

它还有额外的一个外部输入 Pin

如果说外部有二次保护芯片发生一些过压

它的一些保护信号也可以

通过 bq76930/940 这样的芯片传输到 MCU

而第三个主要功能就是驱动

第一个就是对均衡 MOS 管进行驱动

去执行 MCU 发出的一些均衡指令

做被动均衡管理

第二部分就是对这个主回路上 MOS 管的一个驱动

第三部分就是它的一个内部会有计算 LDO

那这个 LDO 可以给 MCU 进行供电

或者一些 LED 灯进行供电

而对于后端的这样子一个 bq78350 的芯片

它主要的一个子模块的话就分为下面五大类

一个就是计量会对电池的一个容量寿命

和整个电池组的电压去进行计量

第二个会对电池的一些保护进行配置

可以设定它的保护的阈值、保护时间

一次保护二次保护和相应的保护

之后的 FET 驱动的一个动作

第三部分是一些均衡管理

充电的一些控制

比如说需要 JTAG 的这样的一个充电管理

或者是在 SLEEP 和 SHUTDOWN 这样子的

一个工作模式的切换

第四部分是记录

会对整个电池组的一个曾经出现过的

最高电压、最低电压

工作过的这个高温和低温的环境

循环的次数这样子一个记录信息

第三部分就是一个信息的一个对外的传输或者通讯

通过 LED 灯、LCD 屏的显示

甚至是通过数字信号的 SMBus

对外可以告诉主机一些基本的信息

这边是 bq920/930/940 的一个简单的介绍

刚刚已经提到过它的一些兼容性

这边就不再过多地介绍了

这是 bq78350 这样子的一个芯片

主要的这样子的一个支持

320A 的这样子一个电池充放电

650Ah 的这样这个容量

而对于 bq76940 和 bq78350 组合

可以看到它们的一个相互之间的一个配合

bq79640 它作为一个前端芯片

它是负责执行一些采集和保护的动作

而 78350 作为一个 MCU 和管理系统

它会对整个系统去做一些更加精细的和管理计算

这是整个系统的一个简化的原理图

920、78350 以及控制对外的一个通讯

整个原理图会非常的简单

刚刚提到这个高边驱动的问题

那这边的话 bq76200 就是我们推出的一个

针对高边 NMOS 管的这样子一个驱动芯片

它内部去集成一个 Charger Pump

可以将电压升高到电池组的一个

比电池组更高的一个电压

可以直接驱动这个 MOS 管

集成了一个充电 Charger 的控制

放电管的一个控制

还有一个预充电管

在如果电池发生低压欠压这样情况下

需要一个预充电的路径给电池进行一个预充电管理

76200 的话会支持 75V 的这样一个电池组

另外在 TI 官网上我们有提供

一个十串锂电池的一个均衡保护的一个参考设计

TIDA-00449

如果大家有兴趣的话

可以直接到官网去搜一下这个资料

谢谢大家

而对于我们的主机控制的一些保护方案的话

下面会进行一个介绍

首先是主机控制的一个优点

由于有前端芯片的一个存在

可以去对电压电流和温度进行更加精确的采集

这样子的话可以去对电芯和电芯的一个工作状态

它的这个使用容量去进行精准的估算

那这样子的话可以方便系统知道

剩余电池的一个容量

方便是做一些智能化的管理

第二个就是在安全性上

由于这个采集的精度相对较高

那这样子的话对整个保护

它这个裕量的控制就会非常的精准

第三个就是在均衡管理方面

有前端芯片的存在

那可以去执行这样这个被动均衡的一个算法

通过 MCU 来执行这样的算法的话

可以使整个电池组的这个使用寿命更加的延长

目前来说 TI 推进的一个智能化管理芯片

由两个芯片来组成

第一个就是我们的前端芯片

bq76920/930 或者 940 这样子的一个采集芯片

它是内部集成了电压采集的 ADC

和电流采集的 Coulomb Counter

那这样子的话

可以去对电池的一个电压和电流进行监控

另外的话还有一个温度检测的一个 NTC 输入

这些采集的数字信号

通过 I2C 口可以传送到后面的一些 MCU

或者是 TI 推出的这样子一颗

专用的电芯管理的一个 bq78350

它同样是一个处理器

但是它会内部有 TI

设计的一些管理的系统和操作的逻辑

通过这样子的一个芯片

并且它可以提供对电池的一个容量的估算和寿命的估算

另外如果说需要在高边

去进行一个 MOS 的一个管理的话

我们也推荐高边的 NFET 的驱动

通常来说如果把 MOS 管放置在 Pack+ 上的话

最简单的驱动方式是通过 PMOS

对整个 Pack+ 它的一个模式进行控制

而 PMOS 在动力电池里面

它的这个选型和它的价钱都是成本相对较高的

如果说是需要在高边去放置这样这个保护的话

需要一个额外的高边驱动

去对整个 NMOS 进行一个驱动器

而高边和低边的最主要区别在于说

当你的 MOS 管放置在 Pack- 上的时候

它如果发生了保护 Pack- 的一个 MOS 管关断

MCU 对外的通讯口会有这个高压进来

这样子会导致 MCU 的这个通讯不通畅

甚至可能损坏

需要做一些高压的防护

在于前端芯片来说

bq76920/930/940 是一个系列的这样子的一个芯片

分别针对于 5 串、10 串和 15 串的一个设计

因此它的一个兼容性是完全一样的

它的 Pin 脚的分布也是按顺序来的

这样子的话在做 layout 和设计的时候

这三样相关芯片可以非常快速地去替换

并且它的这个寄存器配置

以及操作逻辑都是一致的

所以在 MCU 上去写相同的代码

就可以实现这三种不同的一个前端芯片进行管理

去适应不同的串数的电池的一个模组

76930 它的一个主要工作是三大部分

第一部分就是测量

电芯的电压、电流、温度

自身带的一个温度

还有总电池的一个电压进行测量

第二个是保护对电池上出现的

一些过压、欠压、过流、短路

进行这样的一个保护

它还有额外的一个外部输入 Pin

如果说外部有二次保护芯片发生一些过压

它的一些保护信号也可以

通过 bq76930/940 这样的芯片传输到 MCU

而第三个主要功能就是驱动

第一个就是对均衡 MOS 管进行驱动

去执行 MCU 发出的一些均衡指令

做被动均衡管理

第二部分就是对这个主回路上 MOS 管的一个驱动

第三部分就是它的一个内部会有计算 LDO

那这个 LDO 可以给 MCU 进行供电

或者一些 LED 灯进行供电

而对于后端的这样子一个 bq78350 的芯片

它主要的一个子模块的话就分为下面五大类

一个就是计量会对电池的一个容量寿命

和整个电池组的电压去进行计量

第二个会对电池的一些保护进行配置

可以设定它的保护的阈值、保护时间

一次保护二次保护和相应的保护

之后的 FET 驱动的一个动作

第三部分是一些均衡管理

充电的一些控制

比如说需要 JTAG 的这样的一个充电管理

或者是在 SLEEP 和 SHUTDOWN 这样子的

一个工作模式的切换

第四部分是记录

会对整个电池组的一个曾经出现过的

最高电压、最低电压

工作过的这个高温和低温的环境

循环的次数这样子一个记录信息

第三部分就是一个信息的一个对外的传输或者通讯

通过 LED 灯、LCD 屏的显示

甚至是通过数字信号的 SMBus

对外可以告诉主机一些基本的信息

这边是 bq920/930/940 的一个简单的介绍

刚刚已经提到过它的一些兼容性

这边就不再过多地介绍了

这是 bq78350 这样子的一个芯片

主要的这样子的一个支持

320A 的这样子一个电池充放电

650Ah 的这样这个容量

而对于 bq76940 和 bq78350 组合

可以看到它们的一个相互之间的一个配合

bq79640 它作为一个前端芯片

它是负责执行一些采集和保护的动作

而 78350 作为一个 MCU 和管理系统

它会对整个系统去做一些更加精细的和管理计算

这是整个系统的一个简化的原理图

920、78350 以及控制对外的一个通讯

整个原理图会非常的简单

刚刚提到这个高边驱动的问题

那这边的话 bq76200 就是我们推出的一个

针对高边 NMOS 管的这样子一个驱动芯片

它内部去集成一个 Charger Pump

可以将电压升高到电池组的一个

比电池组更高的一个电压

可以直接驱动这个 MOS 管

集成了一个充电 Charger 的控制

放电管的一个控制

还有一个预充电管

在如果电池发生低压欠压这样情况下

需要一个预充电的路径给电池进行一个预充电管理

76200 的话会支持 75V 的这样一个电池组

另外在 TI 官网上我们有提供

一个十串锂电池的一个均衡保护的一个参考设计

TIDA-00449

如果大家有兴趣的话

可以直接到官网去搜一下这个资料

谢谢大家