在提高精度和延長運(yùn)行時(shí)間的同時(shí)提高電池安全性的下一代電池監(jiān)控器
發(fā)布時(shí)間:2020-03-02 來源:Terry Sculley 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】近年來,諸如吸塵器、電動(dòng)工具(如鉆頭、鋸子和螺絲刀)和園藝工具(如割草機(jī)、修邊機(jī)和草坪拖拉機(jī))等消費(fèi)品已從依靠繩索和墻壁供電轉(zhuǎn)變?yōu)闊o繩設(shè)備和充電電池供電。即使是以前沒有動(dòng)力的自行車,現(xiàn)在也在向電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)自行車和電動(dòng)摩托車轉(zhuǎn)變。
這些電池組通常由單塊鋰離子電池、鋰聚合物電池或磷酸鋰電池構(gòu)成,如果使用不當(dāng)可能會造成危險(xiǎn),從而導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。為確保電池的安全使用,電池組內(nèi)的電子器件對電池進(jìn)行監(jiān)控,使電池僅在電池制造商規(guī)定的條件下運(yùn)行。這些條件通常包括:
● 最大允許充電電壓
● 最大充放電電流
● 規(guī)定的充放電溫度范圍
因此,測量電池組內(nèi)的關(guān)鍵參數(shù)至關(guān)重要,尤其是電池組內(nèi)電池電壓、電流和溫度,因?yàn)檫@些參數(shù)超過極限值時(shí),將會觸發(fā)適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)措施。
測量數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確,以便設(shè)計(jì)人員決定在設(shè)計(jì)中包含多少裕度。例如,如果電池規(guī)格將全充電電壓限制為4.3V,但測量數(shù)據(jù)的精度為±50 mV,則設(shè)計(jì)人員必須將系統(tǒng)配置為在測量顯示電壓高于4.25V時(shí)禁用充電。但是,由于實(shí)際電池電壓可能低至4.2V,在這種情況下,充電會在電池充滿電之前停止,從而導(dǎo)致應(yīng)用容量的浪費(fèi)和電池壽命縮短。
BQ76942和BQ76952等電池組的高精度電池監(jiān)視器和保護(hù)器專為使用鋰離子、鋰聚合物或磷酸鋰電池的應(yīng)用設(shè)計(jì)。這些設(shè)備支持從3s到10s(BQ76942)和16s(BQ76952)的串聯(lián)電池組,可以測量電池電壓、電流和溫度,并可以與其他電路共享數(shù)據(jù),例如電池組中的獨(dú)立微控制器或電動(dòng)自行車中的系統(tǒng)控制器。BQ76942和BQ76952還可以使用數(shù)據(jù)自動(dòng)觸發(fā)電池保護(hù),禁用電池組以避免超出制造商規(guī)范運(yùn)行,并在條件允許時(shí)重新啟用電池組,無論是否與主機(jī)或系統(tǒng)微控制器交互。
圖1展示了BQ76952的框圖,其集成了:
● 測量和檢測子系統(tǒng),用于監(jiān)測電壓、電流和溫度,以便在參數(shù)超過允許閾值時(shí)進(jìn)行檢測。
● 驅(qū)動(dòng)外部保護(hù)FET和化學(xué)熔絲的執(zhí)行器。
● 一個(gè)數(shù)字主機(jī)接口子系統(tǒng),除了用于選擇功能的引腳控件外,還支持多個(gè)串行通信標(biāo)準(zhǔn)。
● 多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器,一個(gè)用于內(nèi)部電路,兩個(gè)供外部使用。
圖1:BQ76952框圖
圖2顯示了基于BQ76952的16s電池組的簡化原理圖,使用I2C與主微控制器通信。集成調(diào)節(jié)器為微控制器和可選的外部收發(fā)器提供電源軌。
圖2:基于BQ76952的16s系統(tǒng)簡化原理圖
BQ76942和BQ76952中的測量子系統(tǒng)將電池組內(nèi)的各種電壓、電流和溫度數(shù)字化。由于每個(gè)測量都有特定的要求,因而這些測量是以不同的方式獲得的。例如,溫度變化緩慢,因此可以緩慢地進(jìn)行測量和計(jì)算。然而,電池組電流可能有短脈沖活動(dòng),如果不連續(xù)采樣,可能會遺漏。
處理電壓和庫侖計(jì)數(shù)器ADC生成的值,以提供測量數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)在設(shè)備內(nèi)使用,并可供電池組內(nèi)的單獨(dú)處理器、電動(dòng)工具或電動(dòng)自行車中的系統(tǒng)控制器訪問。這些數(shù)據(jù)包括:
● 單塊電池的差分電壓和選擇額外的系統(tǒng)電壓。
● 電池組電流和通過的電荷(庫侖計(jì)數(shù))。
● 內(nèi)部裸片和9個(gè)外部熱敏電阻溫度讀數(shù)。
支持外部熱敏電阻測量的引腳也可用于通用ADC輸入,支持不超過~1.8V的輸入電壓。電壓ADC在測量回路上工作,且輸入在多個(gè)輸入之間定期多路復(fù)用。BQ76942和BQ76952的測量子系統(tǒng)包括多個(gè)可編程選項(xiàng),可以在測量速度和精度之間進(jìn)行優(yōu)化和權(quán)衡。
隨著電池供電的消費(fèi)品越來越流行,確保它們在安全電壓、電流和溫度范圍內(nèi)運(yùn)行至關(guān)重要。具有集成功能的電池監(jiān)視器可以幫助設(shè)計(jì)工程師在提高精度的同時(shí)解決這三個(gè)關(guān)鍵問題。有關(guān)使用TI電池監(jiān)視器進(jìn)行設(shè)計(jì)的更多信息,請查看下面的其他資源。
本文轉(zhuǎn)載自德州儀器。
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