下一代電池監控器：如何在提高精度和延長(cháng)運行時(shí)間的同時(shí)提高電池的安全性

近年來(lái)，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、修邊機和草坪拖拉機）等消費品已從依靠繩索和墻壁供電轉變?yōu)闊o(wú)繩設備和充電電池供電。即使是以前沒(méi)有動(dòng)力的自行車(chē)，現在也在向電池驅動(dòng)的電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)摩托車(chē)轉變。

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成，如果使用不當可能會(huì )造成危險，從而導致火災或爆炸。為確保電池的安全使用，電池組內的電子器件對電池進(jìn)行監控，使電池僅在電池制造商規定的條件下運行。這些條件通常包括：

· 最大允許充電電壓。

· 最大充放電電流。

· 規定的充放電溫度范圍。

因此，測量電池組內的關(guān)鍵參數至關(guān)重要，尤其是電池組內電池電壓、電流和溫度，因為這些參數超過(guò)極限值時(shí)，將會(huì )觸發(fā)適當的保護措施。

測量數據必須準確，以便設計人員決定在設計中包含多少裕度。例如，如果電池規格將全充電電壓限制為4.3V，但測量數據的精度為±50 mV，則設計人員必須將系統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(huì )在電池充滿(mǎn)電之前停止，從而導致應用容量的浪費和電池壽命縮短。

BQ76942和BQ76952等電池組的高精度電池監視器和保護器專(zhuān)為使用鋰離子、鋰聚合物或磷酸鋰電池的應用設計。這些設備支持從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據，例如電池組中的獨立微控制器或電動(dòng)自行車(chē)中的系統控制器。BQ76942和BQ76952還可以使用數據自動(dòng)觸發(fā)電池保護，禁用電池組以避免超出制造商規范運行，并在條件允許時(shí)重新啟用電池組，無(wú)論是否與主機或系統微控制器交互。

圖 1展示了BQ76952的框圖，其集成了：

·   測量和檢測子系統，用于監測電壓、電流和溫度，以便在參數超過(guò)允許閾值時(shí)進(jìn)行檢測。

·   驅動(dòng)外部保護FET和化學(xué)熔絲的執行器。

·   一個(gè)數字主機接口子系統，除了用于選擇功能的引腳控件外，還支持多個(gè)串行通信標準。

·   多個(gè)電壓調節器，一個(gè)用于內部電路，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(jiǎn)化原理圖，使用I²C與主微控制器通信。集成調節器為微控制器和可選的外部收發(fā)器提供電源軌。

·   單塊電池的差分電壓和選擇額外的系統電壓。

·   電池組電流和通過(guò)的電荷（庫侖計數）。

·   內部裸片和9個(gè)外部熱敏電阻溫度讀數。

圖2：基于BQ76952的16s系統簡(jiǎn)化原理圖

BQ76942和BQ76952中的測量子系統將電池組內的各種電壓、電流和溫度數字化。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)行測量和計算。然而，電池組電流可能有短脈沖活動(dòng)，如果不連續采樣，可能會(huì )遺漏。

處理電壓和庫侖計數器ADC生成的值，以提供測量數據，這些數據在設備內使用，并可供電池組內的單獨處理器、電動(dòng)工具或電動(dòng)自行車(chē)中的系統控制器訪(fǎng)問(wèn)。這些數據包括：

·   單塊電池的差分電壓和選擇額外的系統電壓。

·   電池組電流和通過(guò)的電荷（庫侖計數）。

·   內部裸片和9個(gè)外部熱敏電阻溫度讀數。

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(guò)~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用。BQ76942和BQ76952的測量子系統包括多個(gè)可編程選項，可以在測量速度和精度之間進(jìn)行優(yōu)化和權衡。

隨著(zhù)電池供電的消費品越來(lái)越流行，確保它們在安全電壓、電流和溫度范圍內運行至關(guān)重要。具有集成功能的電池監視器可以幫助設計工程師在提高精度的同時(shí)解決這三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。有關(guān)使用TI電池監視器進(jìn)行設計的更多信息，請查看下面的其他資源。