新興電源應用的電池管理解決方案

1.電池管理系統概述

在便攜式應用中，空間是極其重要的。TI提供的高級解決方案采用QFN和晶圓級芯片規模封裝并具有很高的集成度，旨在縮減解決方案的外形尺寸。除了減少板級空間占用之外，許多此類(lèi)解決方案還降低了功率耗散并提高了總體效率。TI的電池管理解決方案可支持多種電池化學(xué)組成和電池單元數量，從普遍使用的鋰離子電池（Li-Ion）技術(shù)到業(yè)界標準的鎳氫電池（NiMH）和鉛酸電池等。TI的相關(guān)產(chǎn)品支持廣泛的應用，例如：移動(dòng)電話(huà)、智能手機、平板電腦、便攜式消費設備、便攜式導航裝置、筆記本電腦以及諸多工業(yè)和醫療應用等。TI擁有與您的設計規范相匹配的電池管理器件，另外，我們還提供了可幫助您的設計更快面市所需的評估板、應用手冊、樣片和數據表。

2.設計因素

電池化學(xué)組成-每種電池化學(xué)組成具有不同的工作特性，例如：放電模式和自放電速率。TI的電池電量監測IC是按照電池化學(xué)組成開(kāi)發(fā)的，以補償這些差異，從而準確地顯示電池中的剩余電能。而且，每種電池化學(xué)組成對其充電算法都具有獨特的要求，這對最大限度地擴充其容量、延長(cháng)電池使用壽命以及提高安全性至關(guān)重要。

充電控制拓撲結構-簡(jiǎn)單的線(xiàn)性拓撲結構非常適合于充電電流小于1A的低功率電池組（例如：?jiǎn)喂澔騼晒濅囯x子電池）應用。開(kāi)關(guān)模式拓撲結構則理想適用于依靠USB端口執行的快速充電或者那些要求充電速率大于1A的大型電池組。開(kāi)關(guān)模式轉換可將充電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量減至最少。無(wú)線(xiàn)電源拓撲結構采用共有磁場(chǎng)，以提供非接觸式功率傳送的優(yōu)勢。無(wú)線(xiàn)充電為便攜式設備提供了一種額外的電池充電選項，也可作為其他5V充電電源的替代方案。

輸入電壓-IC寬闊的輸入電壓范圍和輸入過(guò)壓保護不僅能實(shí)現最高的安全性，同時(shí)還能允許使用低成本的未穩壓墻式適配器。

串接電池的數量-電池組由一串串聯(lián)和并聯(lián)的電池所構成。對于每個(gè)串聯(lián)電池或并聯(lián)電池組都必需提供針對過(guò)度充電、過(guò)度放電和短路狀況的保護作用。

電池管理

3.電池管理解決方案

1）新興電源應用之太陽(yáng)能充電

光伏技術(shù)業(yè)已取得重大進(jìn)步，目前能夠從太陽(yáng)實(shí)現更具成本效益和高效率的能量收集。如今的大多數太陽(yáng)能收集均使用高功率設施，這些設施負責向家庭或商業(yè)樓宇提供補充的交流（AC）功率，且通常與公用電網(wǎng)相連。然而，現實(shí)中的許多設備和裝置仍未與電網(wǎng)相連接，或者電網(wǎng)本身可靠性欠佳，再或者與交流電源的連接完全不切實(shí)際。在這些應用中，利用太陽(yáng)來(lái)給那些負責為離網(wǎng)應用供電的電池實(shí)施充電是一種更為實(shí)用的解決方案。對于此類(lèi)應用而言往往需要在成本與光伏效率之間進(jìn)行權衡。既要最大限度地增加可從太陽(yáng)能板獲取的功率，同時(shí)也必需兼顧總體系統的成本和尺寸。

下面的示意圖給出了兩個(gè)低成本太陽(yáng)能充電器應用的實(shí)例，其中，電池充電器與簡(jiǎn)單的電路實(shí)現了集成（以最大限度地提高太陽(yáng)能板的功率點(diǎn)），并且與用于負載調節的電路進(jìn)行了集成。通過(guò)增設諸如LED驅動(dòng)器等器件，即可開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能街燈或太陽(yáng)能燈籠。由一個(gè)USB開(kāi)關(guān)和一個(gè)升壓型轉換器構成的實(shí)現方案能夠形成一種適合便攜式設備的簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能充電器。其他應用可實(shí)現用于太陽(yáng)能供電風(fēng)扇或泵類(lèi)的電機驅動(dòng)器。這些只是TI新型太陽(yáng)能充電器IC系列所能實(shí)現的諸多應用選項當中的一小部分而已。

太陽(yáng)能充電應用框圖

2）新興電源應用之混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）電池管理

電池管理電池管理系統（BMS）是HEV整體架構中的要素之一。智能型實(shí)現方案不僅能夠延長(cháng)電池的使用壽命，而且還有望延長(cháng)汽車(chē)采用純電力驅動(dòng)模式時(shí)的行駛距離，對于最終用戶(hù)來(lái)說(shuō)這是一個(gè)關(guān)鍵的賣(mài)點(diǎn)。BMS模塊需要具有電池監控和電池電量平衡特性，常常通過(guò)不同的通信路徑進(jìn)行連接以確保系統冗余度。另外，內置的溫度管理功能電路對于系統的壽命及安全性來(lái)說(shuō)也是一個(gè)至關(guān)重要的因素。完整的BMS代表了一種安全關(guān)鍵程度很高的功能；因此，可靠的通信和準確的數據測量是不可或缺的。

混合動(dòng)力汽車(chē)電池管理

3）新興電源應用能量收集

由于人們正在開(kāi)發(fā)各種新型的可替代（離網(wǎng)）能源，因而需要用于收集、存儲和調節此類(lèi)電能的電源管理技術(shù)。來(lái)自諸如光伏板、動(dòng)力（振動(dòng)）MEMS和熱電元件（利用了帕爾貼[Peltier]、湯姆遜[Thompson]或塞貝克[Seebeck]效應）等能量源的能量提出了一項挑戰，就是如何將超低的“毫微”級功率轉換至更加可用的水平、并將此能量存儲起來(lái)以供日后之用。TI持續不斷地開(kāi)發(fā)旨在應對這些能量收集難題的新型電源管理IC，包括超低功耗器件，如LDO和高效升壓型轉換器及電池充電器。這些電源管理器件進(jìn)一步完善了TI的低功耗MCU及射頻（RF）、放大器和傳感器IC產(chǎn)品線(xiàn)——從而為利用新型超低功率可替代能源供電的系統提供了一種整體解決方案。

能量收集應用框圖

4）無(wú)線(xiàn)電源

作為最早推出符合Qi標準之器件的廠(chǎng)商，TI是新型無(wú)線(xiàn)電源市場(chǎng)的領(lǐng)導者。無(wú)線(xiàn)電源聯(lián)盟（WirelessPowerConsortium）目前的會(huì )員超過(guò)81個(gè)，TI便是其中之一。該聯(lián)盟正在制定使用Qi標準來(lái)實(shí)現可互操作型無(wú)線(xiàn)充電的國際標準。

bqTESLA芯片組使得客戶(hù)能夠為其電子設備提供高達5W的功率，因而符合Qi標準。目前，組成bqTESLA芯片組的發(fā)送器和接收器解決方案已經(jīng)達到了規模生產(chǎn)的要求。bqTESLA接收器系列包括bq51013和bq51011，可輸出5V電壓并利用嵌入式通信技術(shù)提供閉環(huán)控制。軟件已被寫(xiě)入器件，故而無(wú)需進(jìn)行軟件編程。bqTESLA發(fā)送器系列包含bq500210和bq500211，可操作和控制符合Qi標準的無(wú)線(xiàn)電源功能。