面向电动工具和电动自行车的TI设计方案(六)

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当然这个条件做完之后 电池仍然是有可能 会处在一些细微的这种差异 甚至他工作条件上的差异 导致它电芯的不均衡 那下面的话会去介绍一下这个 不同的一个不均衡的这样一个模式 和相对应的不用均衡的一些基本的原理 首先第一个就是容量的不一致 容量的话就是说两个电芯 它一个容量高一个容量低 那这个来说大部分厂家它生产出来的 如果说是一致性比较好的话 它可以将这个容量的差异 控制在要求以内的 但有些可能会有一些差异会比较大 那这样子的情况的话 你可以看到它整个电池在放电的过程中 它的这个整组由于是串联了 经过每一节电芯的这个电流都是一样的 所以它释放出来的这个容量 就受限于最低的那一节 当最低这一节容量释放快要到完的时候 它的电压是最先去达到我的关闭电压点的 就比如说我的过放点是 2.7 伏 那可能这个放出来一千毫安时的电池 有一颗电芯已经达到 2.7 伏了 其他电芯可能还在 3.0 或者 3.2 还依然有一定的容量在里面 那这样的话就得不到充分的利用 刚才我这边因为有一个网友问到 就说目前平衡车的这个安全隐患层出不穷 它想看看就是我们的产品怎么样 在这方面或者是我们介绍这些原理的话 怎么样能够帮助到锂电池安全提升一个层次 所以我看到你这个讲的容量不均衡的话 其实有一个考虑就是说 一方面的话就容量不均衡 可以使这个电池组的可用容量 受到最低点容量电芯的限制 另一方面由于这颗芯片 它是属于我们所说的弱芯片 所以就是说在充电的时候 它可能也会最先充满 就是如果它容量小的话 那导致说他最先充满的情况下就会出现 如果你不能够监控每颗电芯的话 可能会让某些让这颗电芯过冲 所以电芯过充的话呢 实际上就会对平衡车整个这个电池体系的 安全受到极大的影响 简单的讲就说如果我们想增强 电池系统的这个安全特性的话 也就应该做到对每颗电芯它的一个状态 是要监控到非常到位的 基于监控到位的基础之上 再进行这个相应的这个策略性的 比如以主动式均衡或被动式均衡来进行调节 所以这个也是容量不一致 带来的一些复杂的问题 因为充电的时候可能说 是如果只看一个总压的话 你可能总压确实并没有充满 但是可能某一节电芯它已经 到达它的这个满足电压 4.2V 或更高的一个电压 就会存在这样子一个过压的风险 所以另外呢就是除了这个容量不一致 还有一个就是我们所说的 SOC 不一致 它的容量可能是一致的 但是他的荷电状态 在当前的这个荷电状态确实不一样 就如果两个相同容量的电芯 一颗是在 3.8 一颗是在 3.7 它的对应的这个百分比的容量就不一致 那这个百分比不一致 可能也会导致有一个提前到零 另外一个还依然有部分的空间 充电也是有相应的有一个提前到满的 这样一个状态 所以如果是这种 SOC 不一致的情况的话 也是一个潜在的一个问题 另外一个就是在电池包当中 可能会存在这个内阻不一致 当我的这个电芯它这个阻抗 再去做放电的时候 它的这个电芯对外看到的一个电压 它其实是电芯本体之后 减去自己内部产生的一个电流上 产生的一个压降最后看到的一个端电压 那这个端电压受到我的内部的 一个阻抗的一个影响 我阻抗多大乘一个 I 就是电压降 我阻抗多大乘一个 I 就是电压降 如果阻抗不一致 即使是我在静止的时候 相同电压的一个电芯一旦放电 它的这个电压就会有一个不一样 那这个会导致我们再去做均衡的时候 它的一个阻抗会去影响我这个均衡的效果 或者是充电的时候阻抗也会不一样 充电也是会有一个电压的抬高 也是会影响这个最后的一个均衡的一个效果 所以我们在去做这个均衡测的时候 需要一定考虑这个因素在里面 那这个在另外一个就是在这个 不均衡引起的因素里面 刚刚提到这个温度的一个分布性的差异 在整个大的电池包里面 它的内部空间受到一个限制 然后它的热并不是一个均匀的一个发散了 导致它可能说是存在说个别的电芯温度高 个别电芯温度比较低的情况 那就需要说取良好的一个散热 并且是有良好的一个热管理 能够去说去做一个 对整个电池包的一个热量的一个管控 首先呢必须要监测到 得有这个监测的手段能力才能够去管控它 这也是我们就是在电池包里面 可能会尽量让客户把这个 NTC 贴近电芯 或者贴近他们预估说可能会温度过高的地方去 对我们 15 串的 那个我们有三个 NTC 嘛对吧 这样对整个空间来说就可以更好的一个掌握 对于另外一个情况就造成电池不均衡 那就是它的负载不均衡 通常来说在设计的时候 就需要考虑这个问题 我们不会说去单独从级连的电芯组里面 某两颗或某一颗上面去取电 这样子来说很明显是造成了一个 某两节的一个电芯复杂的额外的负载 所以在设计过程中首先要整个系统的考虑 所有的电需要整组去取 另外一个就是即使我们 做完了这样子的一个设计 在这个芯片我们内部 通常来说电采集芯片 它是需要去采集电芯的一个电压 或者电流这个情况的时候 它是采集有一个非常弱小的一个电流 那这个也是有一些细微的差异 那对于这样子的一个采集 带来的这个漏电流的话 可以看到我们去做过一些预估 uA 的差别 在一年的时间内 对容量造成的影响大概是 0.4% 0.5%左右 我们刚刚提到的那个参考设计 它内部其实也做了这样的一个均衡策略的设计 它的均衡策略的话 考虑到之前我们所说的这样子的 一个产生的原因 它是做的一个被动均衡 那它的主要的设计的流程就是 当我的电池处于一个充电的状态的时候 它的电池电芯电压必须要说高于 这个比如说设定这一块 4V 或者 3.9V 这样子一个点的时候 因为电芯在这种满充的这个阶段的时候 它的内阻其实是最小的一个状态 然后这个时候我再去做一个均衡 对它来说它内有由于阻抗影响 带来的一个电压的偏差是最小 另外一个在如果有电芯在 4V 或者是明显偏高的情况下 是通过被动的放电这样子的一个方式 将电芯它的能量能够释放掉 通过热的方式释放掉 另外一个就是在静置的时候 很多客户如果是在充电的过程中 它可能充电的电流比较大 导致它可能最后充电可能即使停了 还是没有完全的做到电芯的均衡 我们还是可以去处于一个静置的均衡 那就需要说电量计或者 MCU 能够 去判断我的电芯是否处于一个 比较 relax 比较稳定的一个状态 然后再去根据这样这个静置条件 在 sleep 或者是从静态的时候 去做一个这样子的一个均衡 所以刚才那个王成说 我们这个四伏以上为什么从四伏开始 就是说事实上从客户的角度讲 你自己也可以用其它的电压以上进行均衡 我们有这样一些考虑 就是除了刚才他说的 4V 的话 那实际上是阻抗影响较小 因为满充阻抗低一些 那其次的话就是因为你快充满的时候 它的电流也是小的 所以因为他是 CV 模式 所以它电流也偏小 所以 ΔV 就是电压降的压差也会小一些 所以它也会对阻抗的不均衡 降低它的影响 另外的话还有就是电流小的时候 你放同样大的电流 比如说 150 毫安的话 你的效果会更明显一些 下面那个图的话可能就是给大家参考 实际上示意的软件里面 软件的内部流程图示意的 那这个是均衡最后的一个效果 就当电池电压处于快满的情况下 是通过外部的一个损耗 电阻的一个损耗去让它能够消耗掉之后 然后这两节不一致的电芯 才能同步充到满 这样子也是一个做一个满充的均衡 这是一个总体软件策略的一个考虑 如果大家有兴趣的话 也可以去到我们官网去下一下 那个 MCU 里面的这个示例代码 这个是我们做的一个实验 这 40 安培放的时候热的图片 可以看一下这个测试的一个具体结果 这个是在均衡的时候 一个发热的图片 可以看到 我们板子上可能也会有一些 温度比较高的一个地方 这是均衡的发热 那下面的话就是说 会对一些 20 串保护方案 我们可以去做一些更高串的介绍 就是通常说我们这个是 15 串的嘛 因为我们今天直播的时间是 10 点半到 12 点 因为内容确实是干货很多 所以现在看起来是要超时了 我估计大概再讲15分钟左右吧 就是尽量能够把剩下的三个课题 五分钟讲一个课题把它讲完 所以现在首先给大家看一下就是 20 串的 监控保护方案 主要的原因就是我们支持只能做到 15 串 我们单颗 76940 只能做到 15 串 然后我们做了一个 20 串的保护方案 希望就是说能够把这两颗看是否能级联起来 就是两个 76930 能够级联起来 所以一颗管十串的话 能够两颗加起来做个 20 串 这个设计的难点的话 主要是在于这个芯片的 对 MOSFET 的控制实际上是需要一些 需要去处理的因为它的电压电平是不一样的 还有一个就是它的通讯的部分 因为每颗都是带数字通讯的 那数字通讯接口需要一个带隔离的 ISO1541 来实现的 另外的话我们对这个外部进行了一个扩展 就 MCU 对外部的话希望能够 用一个 CAN 的这个这个界面 所以的话呢 MCU 再跟这个 CAN 的 transivor 就是 SO1050 进行一个通讯 那 CAN 也是需要供电的 要从电池包供电所以加了一个 Buck LM25018 刚刚也有很多这个观众提问 就关于说我们 930 是否能做堆叠这样一个动作 那这个就是一个非常好的一个例子 去如何去用我们 930 940 去做一个更高串的一个支持 20 串 24 串甚至说 30 串这样一个参考设计了 主要规格的话呢大家可以看到 20 串的一个应用大家可以具体地去参照一下 如果大家能够收在 TI 官网上 搜这个 TIDA-01093 就可以搜到我们的所有的设计文档 包括电路图 然后包括啊一些具体的设计 这个可以做 20 串 实现了一些这个简单和可靠的 MOS 控制 并且有一些设计指标 比如说打开关闭的延时的时间 通讯的这个怎么样去解决通讯的协议 还有这个模块之间的这个 balance 均衡的部分的话是怎样实现的 所以这个等等 具体的话大家请参照一下 TI01093 这个只是给大家展示一下 我们有非常详尽的测试报告在这个官网上 那下面让王成简要给大家介绍一下 这个高串数锂电池的电量计的部分 好给大家就是简单介绍一下 因为时间可能也不多了 所以我们在高串数电量计上面的话 是有这样子的一个选择 就是一个 BQ34100-J1 这样子一个 阻抗跟踪算法的一个电量计 刚刚我也看到很多客户 就是很多观众在问 说我们电量计精度在正常的工况下能做到多少 那这个其实也是我们通常要去做的一个事 就是去提高我们电量计的精度 在我们这个设计过程中 会需要去对这个电池进行一些模型的建立 根据这个模型我们再去评估 对这个电芯我们在正常情况下 能做到多少的一个精度 能做到多少的一个精度 通常来说我们以更好的一个状况 就是说我们可以把电芯送到我们这个产品线 它那边会去做对电芯做一个更详细的一个建模 直接去生成我们所说的 一个化学特性的一个曲线 去做一个更完美的一个匹配了 那剩下一个就是我们的 BQ34110 这个的话是刚刚提到的阻抗 就是一个库仑计的带截止电压 这样子的一个电量计量 它的这种适用范围就更加广 对于一些这种铅酸或者是铁锂电压平台 比较平的这样子一个电芯 它的支持会更加的好 他的这种容量的计算跟踪 会更加的就是适应这样子的电芯 那这个就是对这个保护和电量计的结构 可能大家也是看到过 那这边就是简单跳过 这个电量计的一个东西 基本的一个介绍了 它是一个独立的电量计 不需要外部的推动 它自己可以去采集电池电压 然后采集电流去做一个估算 另外一个就是它的支持的范围 可以 1 到 16 串 这是一个非常宽的一个范围了 它的整个通讯方式非常简单 是通过 I2C MCU 是可以直接 通过 I2C 去给它内部写一些配置 生产的时候也比较方便 然后它也是直接通过 I2C 去上报一些这个容量或者电量电压电流的 一些状况的信息 它的能支持的这个电芯的类型也是非常多 离子三元然后一些这种电芯 其实都是可以去做很好的一个支持 这个是 34100 这一个系列了 是有一些不同的选择可以去做 有支持锂离子的有铁锂的有支持镍锰镍氢这样子 这两颗的差异在哪里 这两个主要是它内部的一些 这个对不同化学特性的电芯的一个支持 本身来说它的硬件是 因为有网友问到是对那这种储能的 或者是很少放电的电池如何进行进行监控 我们这里有方案吗 我们在这种储能很少放电 因为它的放电很多时候他需要 电量计去有学习过程的话 它是需要去对电芯放电去做一个计算的 那我们在这个 TI 的话也是有 推出这种很少放电这样这个电量计的 一个芯片就 BQ35100 系列 可以做到这样子的一个 在这种储能上面的容量的计算 在这种储能上面的容量的计算 其实它很小的放电了 其实它很小的放电了 那下面这个就是一些应用条件 这边也是可以很快速的过一下 那这是 34100 的一个简单的介绍 如果有兴趣的话 可以去看一下我们官网上的一些示例 有一点它是支持 led 的这个显示的 可以支持到四个 led 灯 也可以拓展到八个通过外部的逻辑芯片 那这个是一些状态 就是它的一些能够通讯上的记录的数据 也包括刚好一些寿命的数据 一些工作状态的记录 这是 34100 的一个电量计的 极少充电的情况下的一个 这实际上也可以直接用在储能上面 极少放电型的 所以应该是通用型上面的话 34110 可以在储能各种应用上面 包括各种化学产品 化学化学特性上面都可以用 34110 也是一个刚刚量产的产品 那下面的话就是它的一个介绍了 那这边就是很快的跳过 由于时间问题 我们最后总结一下吧 主要是产品列表的部分的话呢是这样子 今天讲到的大多数的 TI 产品 都罗列在里面了 那其中有几个部分中间的部分 比如说带 QE 的就是汽车的这个模拟前端 这个部分的话有两颗 然后我们的那个 EMB1428Q1499Q 是我们的主力就是主动均衡芯片的主力 那由于时间的问题可能 我们这个也有观众关心主动均衡 我们这个主动均衡也是有一些参考代码 参考的一些设计 可以在网站上搜到 参考设计比如说像这是 TI design 中间的那个实际上就 TIDA00817 实际上这颗就是我们 16 串 EV 的 电池监控和保护 还有带有主动均衡的 所以这个部分的话是 最新的一颗可能这个其实从主动均衡 包括汽车芯片的话可能需要另外一个 Section 就是另外一个直播的场景 我们今天由于时间的话 只能去讲一些工业类的一些应用 基本上这两张图的话 带星号的和这张图它是重复的 就是我们 10 串的 16 串的这个到 20 串的 这个 Monitor 都是新发布的设计 最后的部分的话 就是由于这个时间的关系的话 我们今天就说能够在一个半小时 甚至只能够塞下这么多东西了 我们已经尽力地把更多的干货能够提供给大家 所以实际上有点拖延啊对不起这个部分 那我们所希望能做到的就是说 今天是一个开端很好的开端 了解到 TI 有哪些产品系列 了解到 TI 有哪些产品系列 然后呢听我们这个讲座的话 到 TI 的官网上去就是 www.ti.com 斜线 battery 或者是 monitor 这两个都可以 然后从今天开始进行一个全新的设计 后续的话就是对于观众提的这些问题 我们也会做一个文字上的一个回复给大家 尽量的去解答我们今天没有涉及到覆盖到的内容 非常感谢 谢谢大家
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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