面向电动工具和电动自行车的TI设计方案(五)

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那在这个分析之前 我们会去看一下 我们这个前端保护芯片 它会有什么样子的一个功能 我们在前端保护这一块的话 这块是有一个系列的产品 是 BQ76920 930 和 940 他这个为什么称它是有一个系列的 就是说它这个前端功能 其实它寄存器甚至说及寄存器的这个地址 它的芯片的一个 pin 的 layout 它其实都是顺序是一致比较兼容的 另外一个它的这个三个芯片 这三类芯片它分别支持模块是 3 到 5 节 5 到 10 节和 10 到 15 节 这样的话它可以覆盖现在 大部分的电动自行车 甚至这些园林工具这个串数的需求 那在这个切换的过程中也会比较方便 你的软件你的这些硬件的 layout 都可以说是改动非常的小 就可以去做到完全的一个兼容 那这个配合这个前端芯片 是另外有一个刚刚提到的 PQ78350 这是一颗这个电量计芯片 它是和我们这个前端芯片 去做一个完整的一套 BMS 系统 它是可以内部去做 SOC 的算法 SOH 估算寿命的估算 然后可以去记录电池的一些 历史状态 寿命状态 它的故障的一些状态 就可以说帮助去分析这个系统 下面的话介绍一下我们这个系列的产品了 首先刚刚可以提到 920 930 940 它的一个串数和电压的范围 基本上 920 是三到五串这个应用 在我们的一个三到五串中小的 电动工具里面会是比较合适 甚至说我们能看到说在一些 就是比如说对无人机这样的一个系统 也可能会用到这样子的一个产品 在这个 930 的话是十串的 那这个应用范围会比较广 那从这个 7 串的这种扫地机器人 然后 10 串的电动自行车的一些应用 还有就是在一些大型的无人机 或者是一些轻型的这种机器人上面 都是有这样子一个串数需求 是要到7到10串 最后这个就是我们 940 可以高达 15 串 这个通常来说甚至是对于一些 ESS 都可以覆盖到这些储能上的应用上面 一些高端的这样子电动自行车 它可能会做到 13 串甚至 15 串 这样子的一个架构的话 940 就会比较合适 那通常来说我们去做一个 主机控制式 MCU 那首先就是要选择一个合适的采集芯片 前端的芯片 另外一个是选择 一个自定义的 MCU 或者是 TI 的这个管理芯片 这两种区别就是说如果自定的 MCU 那可以去做到你的成本上会比较优 因为有些情况下你的这个 不需要那么多额外的功能 不需要这个电量计算 可能只需要几个 led 灯的指示 可能只需要几个 led 灯的指示 那你可以用简单的 MCU 或者低成本的这种低价 MCU 去实现 当然如果你想要实现更加丰富的功能 那你的 MCU 也是可以去拓展 甚至说可以去用我们 TI 的 一整套的完整的方案 那对于这个 BQ76920 930 这个系列前瞻芯片的话 它的主要功能其实刚刚也有简单的介绍过 一个就是测量 另外就是一个保护 去执行这样的保护动作 另外一个就是去驱动我的这个 FET 测量这块的话基本上 可以看到它所有的外界的一些信息 每一节电芯的电压 整组的一个电流 NTC的温度 NTC的温度可以去简单介绍 就是说 920 是支持一个 NTC 然后 930 是两个 940 是三个 NTC 对于一个 15 节的这样子的一个系统的话 NTC 的数量也是根据系统分布来相关的 NTC 的数量也是根据系统分布来相关的 另外一个就是它也是会监测 自己内部的一些温度 和这个整组电压的一个测量了 除此以外这个保护功能也是非常全的 除了刚刚介绍的这样子的 一个过压过流短路这个这些保护之外 额外的一个优势就在于 因为它的电流是数字信息 你可以可以读到的这样子的话 MCU 里面就可以去多加一些 冗余的一些保护 MCU 可以对这个系统去做一些 额外的比如说多次触发去异常判断 甚至他的解除保护的解除 也是可以通过 MCU 去检测 这个外部的充电器负载是否有移除 然后再去解除相应的这个保护 这样子控制上来说就会更加的灵活多变 除此以外就是它内部的一个驱动 和驱动这个 MOSFET 的这个功能 还有就是对外部的均衡的一个功能 另外呢就是它其实非常好的一个 它集成了一个 2.5 伏或 3.3 伏的 LDO 这样的话对外的 MCU 的供电的话 就可以不需要额外的 这种高压的 LDO 加在外面了 就直接可以用这个前端芯片输出的 这个 LDO 对 MCU 可以进行这个基本的供电 那在这个 78350 这块的话 就是我们电量计这块的话 它的功能也是非常丰富的 其实在这些功能里面 我们去分开来看的话 主要是分为五大类 第一部分就是电量计的功能 它的算法也是刚接到 CADV 就是带补偿的这种截止电压的一个 库仑计的算法 那后面的话我们的保护 就刚刚提到我们软件里可以做相应的保护 配合我们的 940 或 930 采集出来的 电流数据和电压数据 还有温度的一些数据 可以做软件的一些保护, 那 78350 也集成了这一块软件的保护 那 78350 也集成了这一块软件的保护 另外它可以及时的去配置我的 76940 或者 930 前端芯片的保护的一些设定 除了这个两个大的功能之外 另外一个就是这个一些额外的一些功能 比如说额外的这个测量 pin 并然后 sleep 的一些状态的切换 它可以处于低功耗的状态 或者是它的一些被动均衡的算法 也是集成在这个里面的 除此以外 这个还有一些记录的功能 这个功能来说其实对一些 整个产品设计过程中是可以有一个回溯性 知道这个产品在客户手上使用的时候 它这个电芯是否经历过一个 极异常的一个低温 或者是有一个异常的高温 或者它的充电电流大小 是不是有这种异常的值的出现 它会存到一个专用的 flash 里面去 后续如果是在检修的过程中 就能够知道说我这个电芯 究竟是因为什么原因 它发生过曾经发生过什么样的故障 就可以知道这个整个电池的一个使用 当时客户怎么去使用的 可以再现这个场景 这个问题就是咱们这颗 BQ78350 它跟后面要讲的那个电量计 那两颗电量就有什么样的差别 差别就在于说 78350 它这个电量 是需要配合我们这个前端芯片 去做一个高串数的一个组合的 BMS 是配合 BQ76930 940 这样的芯片 而我们后面会提到那个阻抗跟踪 或者是那个 BQ34 系列的这个电量计的话 它其实是一个独立的就不需要任何 它可以说单独自己去工作 所以另外一个就是这个 report 功能 它可以去通过 led 或者 LCD 这样子的一些显示 段码的一些显示 告诉客户说究竟现在容量大概什么样子 是正在充电还是正在放电有灯的闪烁 就跟我们移动电源一样的 可以说充电的时候有一个灯正在闪 这个是还有一些 SMBUS 可以对外的通讯 那这个是一个产品的规格 那这边可以再重点提一下 它的一个整个一个系列的兼容性 可以看到这个920 930 940 系列 它其实长得非常的像 然后它的这个 Pin 还是引脚的顺序 其实定义也是一样的 就是对为了方便 10 串的和 15 串的这样子 同一套的一个设计可以去完整地去覆盖 学了一颗三颗都会了 所以在这三颗里面 这个集成的功能也是类似的 它的这个高精度 ADC 可以去测量这个电压和温度 另外一个就是它的 集成的这个库仑计 可以去更精细检测到这个电流 但是这个库伦计它采集速率 它会需要一个转换时间 所以对电流的保护 它并不是依靠这个库仑计 去做这个瞬时的响应的 它的这个电流保护 是通过内部的一个比较器 它是有一个硬件的比较器 是可以更快速的去响应 我的电流的一个变化 所以即使你的 ADC 没有在工作 我的整个芯片还是能够去 根据我的设定去自动的去保护这个电流 一些过流的一些状况 另外一个就是它的这个 这个一些生产上的考虑了 就是说对芯片来说前端检测 它其实有一个问题点比较难的 就是说他的这个热插拔 在生产过程中会出现各种各样连接方式 有些是通过插拔线 直接就插上去排线的方式 有些可能通过接触点 就需要通过你手焊 一个个去点焊的这种方式 那这个连接顺序是随机的 那就需要说去做一些热插拔的 这样这个冗余保护那这一块的话 我们芯片也是可以做到 非常好的这样子一个支持了 所以这一块的话 是我们今天的一个简单介绍 如果有具体的内容的话 可以再去关注一下 我们这个网站上 datasheet 那这个是我们 78350 的一个介绍了 这个外围电路也比较简单 它的主要功能就是去跟我们前端芯片的通讯 然后去采集得到一些电压电流和温度的数据 去做一个估算 并且是支持 led 的这个对外的输出的 最大的这个电池容量可以支持到 650AH 然后 320 安培的这样一个电流 这个通过电流的 scale 这个缩放 可以很自如地在软件的配置 实现这样这个大容量的支持 这个就是对我们这个刚刚介绍的一些总结 就是对 940 和 930 的一些 这个它的整个指标去做了一个归纳 那这个的话我就不会去详细的去一个个去过了 但是这个东西如果后续大家有需要的话 可以直接到我们官网上去搜相应的资料 还有一些应用手册都非常的全面 后续也会去介绍一些对应的这个 我们的参考设计 有全套的 BOM 和它的这个原理图 就可以去参照它做一些上手的设计 那这是一个简化的原理图 外围电路的话就是功能上来说 940 和 78350 之间是通过 I2C 来做一个通讯的 然后另外一个 76940 920 或者 930 940 系列的话 它的 LDO 输出能够直接给我们的芯片 去做一个供电 不需要额外的这样子的一个芯片去支持 所以整个 BMS 系统可以很简化的 两颗芯片加上 MOSFET 成个 BMS 就可以完成了 那除了这个 78350 这样子的一个电量计之外 我们也会有一些其它的 这个波动的这种电量计 可以直接放在这个系统里面 这种左边和右边它是两种不同的电量计 和加保护的一个结构 需要的这样子的一个设计 可能会不一样 通常来说如果是做一个完整的电池包 可能更倾向于用右边这样子的一个高边驱动 并且去加前端加一个电量计 共用一个采样电阻这样的方式 去做一个电池包内部的一个电池管理系统 这样子的话它的功能和它的这个性能方面 优势都是比较好的 所以说到这个高边驱动这块的话 在很多情况下 我们去选择高边的一个 MOS 的时候 会去说比较难选 由于之前可能大多是通过一些分离器件 去驱动那个正端的 P-MOS 去通过控制 P-MOS 来去控制整个回路的关断 但是这个 P-MOS 它的这个规格比较难以去选 尤其是你做到这种 13 串到 15 串这样子的 一个高压的这个系统的时候 你可能需要 100V 甚至 150V 的这样的 P-MOS 这个来说成本是比较高的 现在的话是可以去用外部的 N-MOS 的驱动 去这个驱动去可以去替代我正端的 P-MOS 可以很容易的去选择一个正常用的 N-MOS 就可以去做到一个整个结构的优化 这个高端驱动芯片 就是 PQ76200 它是专门针对电池包管理系统去做的 这样子高边驱动 它有这个充电 MOS 放电 MOS 然后还有一个预充电 MOS 三个 MOS 的控制可以通过这个 MCU 也好 我们930也好都可以去直接用 这个 enable 信号来去控制这个芯片 这个芯片的功耗也是非常低的 耐压能够做到 75 伏 它的极限耐压能到一百伏 但是他的这个正常耐压是 75V 对于这种 48 伏或者 15 串 这样的系统来说是完全是够用的 然后另外一个这个好处 就在于说它的 Charge Pump 内部是有一个 Charge Pump 把电压 Boost 上去 然后对 GS 两端去做这个 N-MOS 的驱动 所以它的这个电压可以做到非常的稳定 那 N-MOS 它的阻抗 就是导通这个导通电压是固定的 它的导通阻抗也是一个恒定的值 就不会因为说你电池电压低了 我的导通阻抗就增加 导致异常的发热 另外一个会去讲到我们这个参考设计 就是我们在基于这个 我们的 MCU MSP430 和我们的前端保护的一个 AFEBQ76930 做了一套完整的这个参考设计 可以提供这个均衡啊电量啊 还有这个电池的一些完整的监控 那下面的话可以在我们官网上 去下载这个 TIDA-00449 这样子的一个参考设计去做一个详细的了解 那这个就是我们 TIDA 的一些基本的参数 它的这个电压的支持范围 然后它的工作电流这个 50 安培 然后一些这个阀值的设定 那当然如果你可以有兴趣的话 可以下载我们这个参考的一个代码 可以自己去修改里面的一些参数的定义 做到一些可以适应自己系统的一个设计 这是一个原理框图 那这边就不详细介绍了 主要就是说 930 前端加上 430 外部的一些 MOS 详细的可以看我们官网上的设计了 然后会去讲一下我们 被动均衡方面的一些相关的知识了 在这个高串里面除了我们经常提到的 容量 寿命 我们会需要考虑 高串里面还需要考虑的一个 就是它的一个电芯的一个均衡 在组串的过程中那组成一个完整包 可能说大多数用户他拿到的一个 并不是分离的一个电芯 有些客户可能会自己去用电芯片来自己组包 那这个组包过程需要涉及到我电芯的一致性 它需要去对电芯去做一定的匹配的筛选 筛选好了之后进行一个组包 组包的一个条件就是说你的电芯的电压 它的内阻尽量要一致
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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