TI 的主动均衡方案

大家好 我们刚刚就是谈了 BQ76PL455 的 一些硬件软件的一些技术特性资源 还有一些设计的一些考虑 接下来我们一起谈一谈 TI 在主动均衡方面的 一些方案和技术的一些特点和细节 首先这套方案呢是一个 Pack to sell sell to pack的一个结构 当然这个就是说 也可以很轻易的更改成就可以 改成这个 Cell 跟外部总线之间的一个均衡 这样子的话 因为我们考虑到作为一个 EV 或者 HEV 的一个 BMS 系统来讲的话 它的模组是很多的 那这个时候呢 如果仅仅是对那一个模组之内进行均衡 其实并不能实现对于整电池包的一个 电池组的一个均衡 当我们把这个结构修改成对外部的一个总线 或者说对第三方电池进行均衡的话 我们可以把这个组内 跟组间的一个均衡可以统筹起来 这样就可以兼顾 整个包的一个均衡的一个情况 同时电路的改变也是非常小的 从这个结构上来讲的话 充电方向它是从 Cell 往 module 或者总线上面去进行一个放电 然后放电呢就是说 是整个包 Cell 上面来进行充电 当然是看新的电压到底是高还是低了 同时呢这个组这个方案组呢 跟主机 MCU 这边的一个联系 主要走的是 SPI 接口 我们可以从这个框图里面可以看出来 一个 1428 对一个 1499 其实是一个Chipset 当然我们也可以更优化一下 作为一个成本的更多的考虑 比如说二对一两个 1428 对一个 1499 或者三个 1428 对一个 1499 都是可以的 同时我们可以看到这个 1428 它们的 SPI 接口是共地的 对我们的 MCU 的一个控制连接 是非常非常方便的 所以呢从控制接口上面来讲的话 非常简单 首先呢就是说 SPI 这是直接 可以连到这个 EMB1428 MCU 可以通过这个 SPI 接口来控制 我要均衡哪个 Cell 同时呢我是要放电还是充电 然后呢 1428 内部呢有内嵌的一个识别 可以识别那种非法的一些命令 或者是你连续发命令的时候 它有一个竞争可以知道 它一个执行哪一个一个命令 1499 呢就是说它的内部呢 除了这个双向 DC/DC 控制之外 它还有比较充分的一个故障的一个识别 比如说过压欠压过流 还有温度的门限 还有 Timeout 或者是说电流的一个 ramp-down 所有的这些故障 它都是有相应的故障码 可以返回给到那个 EMB1428 然后呢 1428 可以通过 SPI 把这些故障码返回到主 host 或 MCU 这边 所以 MCU 这边可以很轻易的就可以知道 这个主动性这个模块到底出了什么问题 对那个 MCU 的要求也非常非常低 所以从这个信号来讲的话 我们可以看出来在 EMB1428 跟 99 之间 它们是有固定的就是说是通讯的一个线在里面 包括 EN DIR 这是 1428 控制 1499 的 控制它的一个开启和它的那个充放电方向 同时 DIR_RT 是做一个校验 提供一种安全机制 就是说我会校验 1499 有没有 正确收到充放电方向的一个指令 然后 DONE 信号呢是 1499 在关闭的时候 会发给 1428 告诉 1428 所有的 DC/DC 已经可靠的进行关闭了 这时候可以进行通道的一个切换 或者其他的一些操作了 当然 FAIL 是三根线 它可以把这个故障码告诉 1428 所以下面呢 我们再看看 1428 的详细的一个结构 一个 1428 呢 它是集成了 12 路的一个 N 管的一个驱动 专门应用于 BMS 系统 而且就是说它的那个执行 完成由 SPI 来决定的 SPI 告诉 1428 说我要 给哪一个 cell 通道进行一个均衡 把这个命令发过来之后 1428 会自动的把相应的一些开关通道的 开关打开 不相关的开关都是闭合都是关闭的 一旦就是说收到一个 stop 命令的话 那这个芯片就会自动进入一个睡眠状态 这时候的功耗小于 1uA 就是说所有的开关 把它就是配置好的话 这个周期是小于 1ms 的 所以这是非常迅速的 对于我们软件的时候 编写来讲的话是非常方便的 而对 1499 来讲的话 它就是一个比较纯粹的一个 PM 控制器 但是呢这个 PM 控制器可以支持 双向的一个 DC/DC 转换 然后呢就是说在正向方向来讲的话 我们可以从这个框图上 非常明确地可以看出来 正向方向的话 就是从那个总线或者是包往 Cell 这个方向就是一个典型的 一个 forward 结构 只不过它前面采用的是一个 有源嵌位的一个 forward 然后呢次级是采用了一个同步整流 所以这样子的话呢 就是说它可以达到一个比较高的一个效率 而在反方向的话 就是说它是一个 Boost 其实这也是因为 Buck 电路跟 Boost 电路 是一个互相转换的 所以 forward 转出来就是一个 Boost 就是一个隔离的 Boost 然后呢就是它的均衡的一个电流 是可以非常方便的可以通过VSET 这一个管脚的电压设定的 均衡电流到底是多少 这个方案呢就是说他只做恒流的一个控制 就是说它时时刻刻都保持的均衡电流 等于你设定的一个电流 所以对 EMB1499 来讲 它主要的一些功能 包括了一个双向的一个充电 这是一个主要 另外呢就是一个是同步整流 然后它的开关频率是固定的 250k 的一个开关频率 额外呢就是它输出了一路 PWM 输出 去控制一个有源钳位 但是这里面注意的就是说 因为芯片的那个有源钳位的驱动不够 所以需要外部再增加一个驱动 另外呢就是说他是一个 其实它是一个峰值电流和平均电流的 一个模式控制的一个联合 主要应该是一个平均电流控制 同时呢它有主边的一个峰值电流过流采样 就过流的一个识别 他分别在主边和副边都有采样电阻 另外呢就是说它有两个独立的一个 UVLO 针对于两个供电 因为 1999 是有两个供电的互相隔离的 一路供电是 12V 是给那跟前面的 1428 还有前面的 AFE 来共地的 另外有一个 12V 供电呢 是跟那个电芯地来共地的 这个主要是为了提供那给同步整流 这个这块电路进行一个供电 同时对返回信号进行一个处理 同时它也增加了一个主边和副边 电流的过流的一个识别 过压的一个识别 还有温度的 shutdown 还有一个看门狗 1999 它有一个 8 秒的一个看门狗 当你在开启这个主动均衡 8 秒之后 当你在开启这个主动均衡 8 秒之后 如果没有新的命令的话 它就会自动的去停止 这是为了防止 MCU 出现任何故障的时候 均衡能够及时的停止下来 不要出现问题 另外我们可以看一下 对于主动均衡来讲的话 它的效率是很高的 比任何一种其他的结构来讲的话更好一点 一般典型来讲的话 那个效率在充电方向 就是 Module 到 Cell这个方向的话 它的效率可以达到 88% 在另外一个方向 Cell 到 Module 一边 效率可以达到 86% 因为是对任何一个两个那个电池包 另外一个电池包来讲 从最高跟最低上来讲 它们的一个能量转换 任何两个之间就是需要两步 所以我们可以算出来任何两节之间的一个均衡 它的效率在 76% 左右 这是比较简单的 介绍一下主动均衡这个方案的 一些基本的一些技术细节 接下来的话我们还有一些可以看一下 TI 有些非常非常详细的一些资源 会给大家再介绍一下 谢谢