面向电动工具和电动自行车的TI设计方案(二)

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评论 收藏 上传者:hi5
另外一个就是 对电池温度的一个控制热管理来说 不管是在手机还是在这个电动自行车 在那个现在的电动汽车上面 热管理都是非常难的一个事情 因为电池体积大了之后 他的这个热的这个模型 需要去做一个系统的考量 然后去做这个电池整个热模型的分析 去做一个系统上的一个设计 我想问题就是说了这么多模式的话 到底有什么样的办法来 防止这些灾难性的故障发生呢 这个这些故障发生的话 我们可以从它产生的原因去做分析 然后再根据这些原因 去一步步的去做一个我们电池管理 能够去做怎样的一个保护 所以下面我会去介绍到这个 我们电池保护上面 能够去针对这些故障发生的原因 去做怎样的一个保护 我们可以一条来分析 如果是电池内部的这样子的一个短路的话 其实我们是从 BMS 管理上来说 它是没有办法去做到对电芯本体的一个 包括从这方面来说 需要去我们和那个电池设计的一个电芯厂家 然后它的一些安全认证部门 去做这样子的一个合作 来解决电芯本体的这样子故障发生的可能性 我稍微插一句 就是从电池内短路的角度讲的话 的确因为内短路的主要的问题 是他是在电池内部的 然后你没有元器件是直接去监控它的电流 而且它电流很小的情况下 也不太容易监控 但是 TI 现在未来会推出一些产品 电量计的高端的这个应用产品的话 希望能够在这方面的话 能够解决这个问题 基本上就是说能够非常精准的 去检测到早期的电池短路的情况 这个部分的话是看 可能会在 17 年左右 会有这样的一个技术出现 会有这样的一个技术出现 我们在这个对电池本体的一些研究方面 会去根据一些电池内部的一个特性 或者它的性能的变化 去能够去预估它内部的一些可能发生的 一些存在潜在风险 那下面可以看到我们在对外部 和这个外部的一些充放电的一个系统上的 一些故障原因的话 会针对性地利用 BMS 系统的一些 上的一个设计来保证不会发生这样子的故障 那首先是如何去处理这个过充和过放 那首先的话如果是要知道这个电池的 一个过充和放状态 必须去实时的监控电池的一个电压状态 那我们会在这个 BMS 这个电池上 去放一个监控芯片 那去用模拟器件也好 数字 ADC 也好 去直接去得到我这个电芯当前的一个电压 那这个的话可以看到这边图上 是简单有两个事例是一个比较器 然后 reference 去 做这样子过压和欠压的一个比较 那现在的话我们也是有一些新的 更加高度集成化的产品 会根据它的一个 ADC 实时采集的这个电压 然后去做一个过压欠压的一个比较判断 如果是硬件的方法的话 它的这个 OV 和 UV 的设置 会是比较困难的一个点 因为它可能会存在一些漂移 或者量产上的一些问题 那如果是在数字化的方面的话 我们能够很方便的去做一个校准 和去做一些配置 那对于这个采集方面 可以去做到对电池电压 过充和过放的一个判断 那当我们检测到这个过充过放之后 需要去保护这个电池 仅仅去告诉系统说这个 电池处于过充和过放状态是不够的 电池处于过充和过放状态是不够的 还需要说我主动的去能够啊切断这个 整个充放电的回路 能够去帮助这个电池能够 处在一个安全的状态 那我们会是在这个电池的回路上面 充放电回路上面去增加两个 MOS 管去做这个回路的一个切断的控制 有个问题 就是这个 MOS 的话有高边和低边的考虑 这个我们现在画图上是放在低边的 但通常来说 我们看到不同各样的设计 他们有放在高边放在低边 他们有放在高边放在低边 甚至说有是那种分口的这种设计 就是冲放电口不是同一个充电 所以在这种不同的考虑上面 我们可能会需要说 首先一个知道我系统的一个接口的定义 我看看自己适不适合分口的 究竟是需要说有放电口还是要有独立的充电 还是说这两口是合并在一起的 那根据这个状态我们再去考虑 说我们只需要高边还是放在低边 因为放在低边可以看到显而易见的优点 就是说它的这个可以选取两个 N-MOS 对它的整个系统成本来说是比较优化的 另外一个就是说它的驱动来说 是比较简单的 一般来说 N-MOS 的驱动 是从电芯直接取电 然后给这个 N-MOS 的基极去做驱动的 但问题是来说一般来说你的电芯堆成模组之后 他的这个电压可能会出现一个波动 比如三节电池可能它电压在 6V-9V 之间 所以这个基极驱动的话 会是存在一个波动状态 然后当然另外一个就是我们会考虑 如果是放在高边的话 那高边的问题就是说如果是高边 选择一个 P-MOS 去做 一个这样子的一个设计 它的驱动会比较简单 但是它的 P-MOS 成本会比较高了 另外就是高边可以选择 N-MOS 需要额外的一个驱动器 来去做这样子的一个 N-MOS 的驱动 那下面的话我们也会去介绍一下 高边驱动的一些设计 这个就是在保护这个过充 和过放上面的一些处理 那这个过充电压和阀值 和这个延迟时间的一些设计了 通常来说我们会有设计一个滞环去 做这个过充点的一个判断 当这个电池电压达到这个过充点以上之后 并且有一个延时时间 去做一个延时的一个保护 然后再去触发 它的释放条件也是有一个滞环 置以下之后才会去做一个释放条件 甚至是有些它需要说 检测到你的充电器移除之后 然后再去做这个释放的一个动作 过放也是一样 它也是需要去做一个回滞和延迟时间 也有些时候会需要去检测 我的负载是否移除 当我检测到负载移除 我才会去做这个释放的动作 然后在对于过电压保护之后 还是需要去对这个电池放电能力 去做一个保护 那就是需要引入我们的电流的一个检测 通常来说是在这个电芯回路 会串一个采样电阻 去做这样这个电流的一个保护 电流保护就涉及到一个电流的 一个保护的一个速度以及它的一个 就是保护触发的一个机制了 通常来说我们在做电流保护的时候 会需要多极的一个保护 有可能有一级过流有二级过流 甚至是短路过流三级这样子的一个 多级的一个结构 去一层一层的去保护我这个电芯 保护外部的一些器件 不会被这个大电流损坏 那这个就是过流的一个简单的介绍了 也是一个有一个阈值也就是时间的这样子的 也是一个有一个阈值也就是时间的这样子的 一个参数的考虑上 这个也是要根据系统的上考虑去设计 那通常来说我们可以看下一页 这边电压电流保护阈值 和这个时间的一些关系了 可以看到它是一个反函数的关系 当我设定的这个保护电流越高的时候 我需要的这个保护的这个 反应时间要非常的短 这样子才能够对我的 整个系统去做一个保护 可以看到这边可能分了有 一级二级三级 甚至是一个短路 这样子的一个过流和保护 有一个问题啊 就是这些这些电流保护的 这个不同的阈值之间的话 他们是有一个时间上面的 和这个绝对值的一个关系 一个差异的那是为什么说中间的 那个有一层叫做二级的永久性的过流保护 对这个是过流保护它的一些切断的机制上 是会有不一样的 有些过流保护说是可恢复性的 它阈值比较低 可能不会对系统或者是我的 本地硬件做出损伤 它可能是切断了这个 MOS 管的开通关断之后 然后做一个保护 而如果是永久性的这样的这个保护的话 有一些电池系统上会去串联一个熔断器 如果是这个熔断器断了之后 那基本上这个电芯是处于不可恢复 这样的一个状态了 我这边稍微补充一点 就是说根据我的经验的话 一般就是说如果短路保护 这种电流比较大的保护 一般是要非常迅速的响应的 可能会在微秒级甚至是毫秒级去进行响应 一般这种可能还是需要它就能够恢复的 那反而是那种就是稍微低电流稍微低一点 比如说你通常的应用是五安培的左右的话 但是你超过大概十安培了 但是你超过大概十安培了 举个例子 那实际上经过比较长的时间的话 可能会有比较强的热效应 这样的这样的东西 如果他屡次进行出现这样的保护的话 可能在我们的这个电量计 或者这个设计里面的话会有一个选项 让客户可以选择 就是它可以永久性地让这个器件 去关断为了确保这个产品的安全 这多次触发之后有一个触发的下限值 对就是不能频繁的去触发 下面就是对于温度的一个保护了 对于温度来说 会需要在系统去增加这个 NTC 在有些地方也可能是有 PTC 这样一个需求 这样子的一个温度采集的一个电阻 然后去做这样子的一个温度的保护 那可以对这个整个电池 如果是堆叠数比较多的话 会需要说多个 NTC 放置在电池的 一个不同的位置去监控 整个电池包的一个温度 那通常来说这个数量和放置的位置 也是需要系统地考虑 哪边可能会是你这个电芯发热最严重的地方 哪边是可能散热最不好的地方 会需要去啊考虑这个温度 NTC 放置的位置 那我们这边刚刚是介绍完了 所有的这个电池外部的一些短路过充过放 还有这个温度上的一个保护 最后就组成了一个 相对完整的这样子的 一个电池保护的一个整个结构了 那就有它的一个电压采样 电流采样控制切断回路的 MOS 有这个 NTC 的温度采样 那这样子来说 对我们整个电池保护来说 会称为它是一个一次保护电路 去做一个这样子的 整个系统电池的一个保护的 BMS 管理 那除了这个一次保护 相对而言 我们会有一个二次保护的概念 就是说在一次保护的这个架构之外 我们会单独再放一个过压的这样子的 一个保护芯片 对电芯来说去监控 当我们一次保护可能 会出现一些其他问题的时候 我的二次保护会去做一个备份 通常是二次保护的这个它的阈值 会设得比一次保护要更高一点 那另外一个就是我们会对这个电池 做一个安全上的考虑来说 通常来说在更换电池的时候 会需要去说认证一下是不是原厂 还是山寨的这种电池 那在这个方面我们会去 增加一个认证的一个系统 去对电芯本体去做一个认证 总的来说我们的认证方式 有这样子的一个简单的介绍了 第一种就是最关键的是 那另外的往右边推的话 有这种 D 认证的是通过这些机械结构 然后但是比较容易山寨 这样子的一个方式 去保证我这个电芯不会被别人利用 那另外一个就是我们可以通过一些 芯片上的通过这些 ID 的一些认证通讯方式 甚至说是通过一些加密的安全认证机制 去做这个对电芯的一个识别 这个我通常来说我们在做这种 ID 认证的时候 就是可以看到它是一个 固定的ID地址 电芯里面 是放了一个这样子存储 ID 的这种芯片 可以说通过单线的这种方式 对这个主机识别内部的这个 ID 是不是自己已经就是认证过的这样子一些应用 那通常来说我们是有一颗叫 PQ2022 这样子的一个芯片 可以做这样子的一个 ID 识别认证 另外一种就是加密认证 这样子的话 它是一个随机码这样子的一个传递 通过这种长则几码的这样子的一个发起 然后发起的一个认证 然后由我们这个内部存储的 这样子的私密的这样子一个加密钥 要去对整个数据进行加密 然后最后解密之后 可以跟系统去做一个相互识别的验证 那我们有一些比较好的一面 就是 PK2026100 这个是也是一个加密认证机制一个芯片 那下面的话会对这个 介绍了这么多电池安全相关的一些东西 我们会对它做一个简单的一个总结 首先我们在设计电池的时候 考虑到电芯本体上 我们需要去做对电芯它的这个供应商 去做一定的选择 或者是要求去使用有保证的一些电芯 另外一个就是在设计过程中 会需要去根据你系统的一些充放电的条件 你的电流需求 你的体积的大小决定这个电芯的尺寸 另外一个就是 我们在考虑这个电池保护的时候 会需要去增加一些一次保护电路 二次保护电路去做 这样子一个产品的保护 最后如果说是需要去对这个电芯 做更好的一个识别和认证的话 可以考虑说通过认证芯片 来做这样子的一个设计上的考虑了 那除此以外的话 下面我们会对这个具体的更细节方面的 这个电池保护的一个方案 去做一个详细的介绍 文博士下面可以 给大家介绍一下这边的方案
课程介绍 共计6课时,1小时38分39秒

[直播回放] TI BMS 专家,针对电动工具,电动自行车专场

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