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标题: 新能源电池管理BMS解决方案 [打印本页]

作者: 羞红的夏天 时间: 2012-5-15 10:18 标题: 新能源电池管理BMS解决方案

德州仪器：以前电动工具，电动自行车还是以铅酸电池为主，去年大家可能留意到一个新闻，江浙70-80%铅酸电池厂都被关闭，因为铅酸电池环境污染引起了政府高度重视，所以接下来在电动工具，电动自行车方面使用锂电池的概率会越来越高。

今天先介绍基于电动工具、电动自行车方面的基本应用方案。严格来讲，动力电池行业目前还没有非常标准化的产品，电池本身都还没有一个标准，所以我们的方案相对来说比较多，以满足不同的需求。对于电动自行车和电动工具，我们芯片主要是四大类：
第一，模拟前端芯片。模拟前端就是把所有电芯的信息、温度、电压以及电流信号全部采集回来，送到中央处理器，通过软件控制实现整体控制（警告，保护，均衡…）。
第二，独立工作的的全功能保护芯片。此类型片实时监控电池系统的电压，电流，温度等状态，一旦出现可能引起对电池损坏或者爆炸的危险状态，保护芯片将会切断整个电流回路。
第三，二级保护芯片。电池最危险的情况有两种：一种是充电的时候，充电电压过高引起电池的损坏或爆炸；另一种是短路，短路不仅对电池本身造成危害，还对整个电池系统造成损害。为了避免在上面所述的全功能保护芯片故障时，电池系统在严重故障下发生损坏或爆炸，往往会在系统中加入一个冗余的二级保护，专门在最危险的条件下切断系统电流回路。目前最常用的二级保护芯片组要是针对过电压保护。
第四，电池电量计芯片。如果你留意iPhone或者笔记本的电池，里面有一个功能就是告诉你现在电池还剩百分之多少的容量，还能用多久，这个叫做计量芯片。
在电动工具和电动自行车有一部分产品提出了这个要求，其实对计量功能，很多人有一个误解，认为计量功能是可有可无的。那我们看看为什么一定要准确知道这个剩余容量呢？电子元件技术网（http://www.cntronics.com ）来的资料，答案如下：
第一，一个精确的计量能够给你的客户很好的使用体验，能够准确测算出电池还能够用多久，这样就可以避免在使用过程中突然发生关机，导致重要数据丢失；
第二，准确的计量可以使你的电池可用容量增加，计量芯片本身不会增加电池的容量，但是电池所有的保护设定都有安全余度，如果没有计量芯片，安全余度就不得不设得比较高。你看轻载的时候，电池的放电平台比较高，如果是重载的时候，这个电压平台会急剧下降。以前的保护原理，一般都是以电压为主，电压低于某一种阈值的时候，就认为电池已经放空了，就需要把这个电池切断，但是实际上我们在判断的时候无法判断是重载还是轻载，电池是新电池还是旧电池，所以我们不得不预留较大的安全裕度。如果芯片能够准确的告诉你，我们还剩多少容量，这样的话就可以用容量来判断你什么时候应该切断回路，这样你就可以不用预留过大的安全裕度，就可以增加你的电池的可用容量。

接下来我们先讲一下保护芯片，德州仪器提供从2串一直到192串保护芯片，这又分为全功能保护芯片和二级保护芯片。2到4串，基本上是平板电脑的应用范围，3到 6串主要是应用工具的范围，6到16串主要是电动自行车还有UPS的使用范围。
这里所示的二级保护芯片能提供过电压冗余保护。BQ294XX主要用于平板电脑与笔记本电脑。独立的BQ77PL157可以用于3~6节电芯，通过级联，BQ77PL157可以支持最多18节电芯，可用于从电动工具到UPS, E-Bike等领域。
全功能保护芯片，我们这里介绍的方案主要是针对4串到16串的应用。BQ77908适用于4-8串的应用，BQ77910是做4-10串，但是 BQ77908和BQ77910可以级联起来，可以支持最高到18节电芯。以前的电动自行车主要是7-10串，现在新的是36V电动自行车可能是 12-13串，对于8串和10串来说，BQ77908和BQ77910是目前在市场上最具性价比的管理芯片。但是BQ77908和BQ77910当时设计的时候做了一个CHGST管脚，用于充电器的识别。但是在中国所有的充电器都是2个头，不会有3个头，所以这个地方加一个简单的外部电路，也可以模拟这样的充电器识别功能。关于充电器更详细的内容可以到知识库这里了解： http://www.cntronics.com/public/baike 。
从功能上面讲，BQ77908和BQ77910能够提供所有完善保护功能：过压，过流、过温保护。过流保护又分为充电过流保护，放电过流保护，再加上短路保护，所有的保护功能都可以通过EEPROM进行设定。BQ77908和 BQ77910是独立工作的芯片，本身具有一个I2C接口，但是这个接口主要用于对EEPROM编程,这是BQ77908和BQ77910有很大的一个特点。大家可能用过精工的产品，精工的产品的各项参数都是定死的，比如说过电压保护的阈值是4.2伏，这是定死的，客户是不能修改的，这样就减少了灵活性，而BQ77908和BQ77910可以任意去设定这个值，就变得很灵活。第二个特点是BQ77908和BQ77910所控制的两个MOS管（分别用于充电和放电回路的控制），既可以并联也可以串联。

为什么要并联呢？如果这两个MOS管串联的话，这个回路里面，电流都会流经这两个MOS管，功耗就会比较大；如果说外部应用允许把充放电回路的接口分开的话，采用MOS管并联结构，当电池充电时，充电电流就不会流过放电控制MOS管，当电池放电时，放电电流也不用流经充电MOS管，功耗就会大大降低，从而达到节省成本和减少方案的目的。
自动粘贴原文地址节能会： http://www.cntronics.com/public/seminar/content/sid/55
BQ77908和BQ77910内部集成了50毫安的均衡电流回路,除此以外，因为在电动自行车里面，我们连接线比较多，有可能会发生断线，这里所指的断线不是指电池之间，大电流回路里的连接点的断路，而是指电池采样信号线输入到芯片

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