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各大厂商电池管理系统芯片解决方案解析* G ?1 O: @& T1 t0 M8 l C
& I) e$ E. d7 o, c2 t* I2 `电池管理系统(BMS)主要有以下部件:
* P n3 W7 ]; u9 S7 `
% J4 P$ P5 F" f/ L/ [* [* F1)模拟前端采集模块:: ]% u8 b3 k6 n$ q p
主要用于对电池组电压，充电电流，放电电流，单体电压，电池温度，等参数进行采集。通常采用隔离处理的方式。(除温度信号。' ]; K! h& q5 F
- v1 o% Y& j4 H5 d5 l2)电池保护电路模块:' d( [- k' p4 G! O$ Q! F
通常这部分是采用软件控制一些外部器件来实现的。如通过信号控制继电器的通断来允许或禁止充放电设备或电池的工作以实现对电池保护。4 j7 ?: b6 ]/ L) X/ ^$ T2 T
! r g/ t2 S. D0 g
3)均衡电路模块:
: `7 {2 v! X+ w6 h3 z' y主要用于对电池组单体电压的采集，并进行单体间的均衡充电使组中各电池达到均衡一致的状态。
& {' j+ |" T/ ^* {1 c! A' }8 h( B) m3 ~- q& O4 L5 o
4)下位机模块:
4 m4 z3 H4 Y6 l信号处理，控制，通讯。
: O7 f+ p1 U% g6 h 3 H- ~5 {) q- F0 J5 o) O2 r
在方案设计芯片选型中有如下规格需要注意:
4 P" f+ y! K: \8 a4 F" \+ o
! H. S Z' r* v% v7 q一. 均流方式 ,如何保证各节电池的电量平衡。
{) D# k% y' \" [7 L4 E 1、 被动式均流，通过耗能器件消耗能量，使其达到平衡。缺点是发热严重。
: k$ \% x6 @" o7 q8 V& p% W 2、主动式均流，通过能量转移的方式使其达到平衡。缺点是设计复杂，成本高。1 h# V8 H8 t1 i/ e1 L3 i6 U
7 @! A# k$ V$ z" @5 V }二、模拟前端芯片的选择。主要参数对比如下:
4 J& j0 O f/ a7 Z; j+ U- ~1、可测量多少节电池的级联。
1 `2 ^) A! N# [; m! _" B- B2、是否自带ADC,以及ADC测量精度及转换速度。8 E- q: K9 d8 r5 S% X: X6 q) I
3、与MCU通讯方式。 H; a/ O# Z$ v% i* g0 [8 P, M
4、是否可级联以及最大值。* I) j$ h8 w* c6 B$ S
5、价格6 H) l. a! ~4 ^: U" Q; \
8 G- N: Z F- m- A# [% r0 ?三、电流的测量精度。
2 d0 C; p2 I! q4 _$ o霍尔传感器的使用。3 f# J. w" Q ~! T L E
. X3 n, A$ e& b; u
四、过压过流过温的保护取决于ADC的测量速度，以及MOSFET的通断时间。
7 G5 A) c% I1 h
. a/ C( f& w: V( J- c: r9 S下面是常用的几种设计方案。5 Y* x& v$ P$ z' j: ]
8 m6 k& l+ u' D1 M U; b
方案一:ADI电池管理系统( BMS )解决方案
* |$ a+ S/ W: E) W, k$ [
2 {7 J l! y9 w8 ^9 ^) T6 l
8 w+ j" j% z, c3 u! i2 v! S
+ x9 [' `' M* T6 H6 a' V- X5 T· Voltage measurement device - monitors and balances the cells (AD7280)
q) ?, E: t, c( j" }
5 T$ x! y# \- Z+ A ( g9 Q. D8 B& R2 P# O* `/ Y: x
& \, b6 m0 ~4 d2 v3 ?6 B" c· Current measurement device - monitors the cell stack’s current (ADuC703x or AD821x)! o% F/ M; M2 }, }1 E/ N( S
· Isolator - brings the measurement signals across the high-voltage barrier
, ? C8 s; Q- s# `; b+ L j, ^6 h+ Eto the battery management unit (ADuM140x or ADuM540x)
$ N8 n+ B1 T, f0 ]6 b n* X· Safety monitor - enables creation of a fail-safe circuit and safe environment to the user (AD8280)& z$ c3 F" U8 G, J
· Battery management unit – controls and manages battery functions to optimize operation (Blackfin ADSP-50x)! J K# H# n5 L; j3 C2 C- Q) H1 C
: d1 G' p* C, x# y) r1 s% P
注:( n" y, o1 T8 {, R. w
ad7280单颗芯片可以管理6个电芯4 W! c. m1 v; ?! j. c8 t
ad8280为电压阈值监控芯片，最多可检测6个电池电压和2个温度
" g" u! K; }$ N2 C* u7 U4 b$ C
( y. K& s3 L# u6 u+ s5 f
0 r( k$ d$ c7 }: x3 R方案二:Atmel(爱特梅尔)电池管理系统(BMS)解决方案( v% P6 I! h; T$ N
: U; ?% E( Z0 K' M" s系统方框图
, B. a0 P* B( p
2 k0 U5 F( E$ Z; z! F% z% c6 E% Q
# u+ N' Z: A4 U6 T
R, X X1 i1 j5 Z* n$ m4 x* `: ~- H5 a& w
' \3 t% W* K; W8 _. z注:7 p6 N- N' C+ C: a
· ATA6870 每颗芯片可监控6个cell，最多可级联16颗芯片。配合外围电路可 实现主动式或被动式电池 均衡。
( [! G) n- _' D· ATA6871 每颗芯片可监测4-6个cell,最多可级联16颗芯片。
$ k) q: C/ r0 L2 Z· 微控制器检测电池组电压， 电流等，管理相关mos 及通讯指示功能。9 Q# D4 c7 T8 ]. C! a3 u3 F4 s
% c. Y, Y) m! i3 y8 p
Active Cell Balancing Methods using the ATA6870' |7 w$ e/ n% |2 M; p
/ f. T2 G( E. S
/ H* W; \6 `: y) f1 b. H3 w- M" W8 c& ~# d2 e: N' B
注:# U/ x4 b( m8 q. M' R
· 电感式均衡电路，可均 衡电流(100ma-1A)2 n6 T, f4 V/ o) v- O5 D5 k
· 电容式均衡电路，最大 可均衡电流50ma左右5 @; w& W9 C0 l: F! L
· 被动式均衡电路，电阻 旁路，最大300ma左右， 太大，发热严重
* J. a, Q7 M& {+ V1 f' U; e方案三:英飞凌(Infineon)电池管理系统(BMS)解决方案! s D8 \) g3 r% u
* t7 p6 y$ D& l6 x8 z# Y( ?& C
. u" b4 X: n: g8 C' B; |/ c7 S2 ^. z9 h
1 J p' E. r! X5 h& H2 m( B! J) N$ p
# ^1 \' Y+ k, b! h* D; E! ]! U注:
/ T; a; K0 ]) l1 u' h. u. H· Infineon没有ASIC的电池管 理芯片，是基于MCU做 的电池监测管理方案。
4 V: ^/ e& I- I) H* R; j( M9 L7 k· 其对于变压器能量转移的 电池均衡方法有作过探讨， 但在官方网站未找到相关 论述。6 S4 k& q/ B2 U, O; n$ ~/ X
# d0 s: D+ `" S& k- \
变压器均衡方法-xc886
& U+ }2 c3 q$ o: |1 t6 j! X- _
/ X+ L' ~) y" M/ Q
- X, x1 v. Z# X3 B
7 l) H+ K1 [' Z* s3 G3 Z( L l* D/ [, Q6 c) q" R& \
( |* g9 s. E: w I" l; M
注:
3 D, i) o" q8 g0 k/ t+ {4 v o4 `· 初级线圈与整个电池组相连
+ j# Z: x! T$ i2 Z· 次级线圈与每个电池单元相连
* q1 Q V8 ^# O7 b8 i! o; j· 多个单独的电池单元电压 复接至一个基于地电压的 模数转换器(ADC)输入端7 w& m5 N( B' q: g2 G3 `* y+ U/ b
· 按照英飞凌E-Cart中的原 型配置，平均平衡电流可 达5A，比被动平衡法的 电流高50倍。在5A的平 衡电流下，整个模块的功 耗仅2W，因此无需专门 的冷却措施，并且进一步 改善了系统的能量平衡。
: ]' z! C1 x/ ]; d方案四:Intersil电池管理吸引( BMS )解决方案2 U3 P" r3 P1 a1 j, s7 H
/ d+ e" f$ K1 f- f Y: X1 i9 \, w8 L& k
2 v/ C! |, I' t! d( ^
2 T2 {5 B. }/ L# \ b
5 r- t1 q6 y; n* {; q注:
4 ]; g/ C6 F3 T* B% |* j# M5 B
. { ?# O: L8 y" h$ {· ISL78600 单颗芯片可监控6-12个cell，具有电压温度检测，被动式电池均衡，SOC等功能，
8 _3 K( s R& e7 e( U· ISL786001单颗芯片可检测6-12个cell.
8 a) }, G, q0 R/ I$ t* D# V· 为今年推出的新品，尚未找 到相关的资料: b2 o. D( {, T% T: s2 V0 _
% j- x% Q- o2 p$ C
Intersil Power Tolls BMS Solution; Z! L: Q1 K5 E' ~5 l# F
) b7 @. z) Y V4 @/ m/ n1 o
9 f, D& O/ b% F1 ~2 ?. K2 D# X# d6 k d
方案五:Linear电池管理系统(BMS) 解决方案
/ ~, X( Z) X7 D$ o& T6 f2 v
- q1 S, y' S. z* x, ~1 [
2 J9 C' g, g6 i; _
' ]- V- ]( c8 l" j1 v注:
* y) X4 b% I1 A: e9 N* ]3 U7 H/ c' z& q
· Linear 主要是高端电源管理 芯片，电池充电芯片等。6 M0 A1 N3 I# @7 @ w" U$ k
· 电池管理芯片有:LTC6802-1- 多节电池的电池组监视器( D4 q7 L' x$ n
· 可测量多达 12 个串联锂离 子电池的电压 (最大值为 60V)
6 k; Z3 e* l5 _) K& h" b· 可堆叠式架构实现 > 1000V的系统
5 S# g, x a+ ?2 W+ Y. I8 [· 每个电池输入均具有一个相 关联的 MOSFET 开关，用于 对过充电电池进行放电。
" U [5 L. l3 t5 o, R- J: J8 ~. a! p, M0 r5 z6 T! C% G8 q( [
方案六:Maxim电池管理系统(BMS)解决方案
& K! Q0 \, X4 C- h: b4 s0 V % l8 B8 d n/ v; h0 x1 \2 y. l" R" s
0 {# G5 M) ?2 @; G# R- z
注:0 F8 o- o5 W r! q# X
· Max11080单颗芯片可监测1-12个cell,最多可以31颗芯片级联。
( l9 D; k4 u5 D0 d: B; V$ g· Max11068单颗芯片可监控1-12个cell,最多可以31颗芯片级联。具有被 动均衡功能。) Y: a: A" Y' T! Z; u
方案七:O2 电池管理系统(BMS)解决方案3 T; [4 H) c: M, H# \
! M2 C8 B4 b9 ], L( q% t7 @
3 e- R. _6 M5 [/ {) f, B
6 t5 \5 g H3 A2 {
注:/ m6 M. J* e, `4 Z" m
, D+ z2 }" g+ ~· High power BMU family - 3 to 13 cells: c: s4 J4 J, V2 y/ ]: Y
· Highly integrated battery pack monitor and protection
) G0 A( \3 f( p2 Y! n9 d· Voltage, current and temperature monitor
5 W2 ]1 F* d/ u- q' x' U8 d5 H· High accuracy Battery Gauge with protection functions
: x7 U0 o1 W0 P+ `. r3 O* Z- e· Passive cell balancing
) c+ s: ~9 K/ K8 ]9 [% U' x· BMS 芯片级整体解决方案(专用芯 片)
& m' f: N/ n' ~/ h' q8 Q* |9 P: l n* k. I* V
9 Y6 o* z: S q S! E
; L) l; I+ F* i; a7 f8 z: X5 T2 f
8 r$ z: L" {5 s; C方案八:TI 电池管理系统(BMS)解决方案
- s6 f1 j; A% L/ F
" k% M# y3 M3 \, p
( g3 v5 s# i! `4 F, a0 @
' C' m3 I% S2 z3 C* I
' }1 | {" W6 [( d) f% e& F9 o' X7 d H
' t. ^, E+ o7 W* z$ ]
注:- A! H& W9 k# W- G- Z8 r
/ X R% ~, z' g3 k6 |· BQ78PL116具有 PowerPump 电池平衡技术的 PowerLAN 主网关控制器(电量监测)& Z- w6 ?# }( d& U/ V2 \; |1 m
· BQ77PL900 可监控5-10 个cell,具有主动均衡功能， 可独立管理电池系统，亦可 作为模拟前端配合主控芯片 工作。
1 X2 X/ J K$ M+ p' O' n , T* i. l4 q) v1 }1 f
) v% l; @ T# \: q
注:1 e( ~, u: N4 X0 q7 J% A0 q
· Configuring the a multi-stacked battery pack2 y( n- C" z# g' g1 O
· Monitoring the multi-cell battery pack voltage and temperature7 a" N/ s% R0 r7 L) W( g: ?% G
· Monitoring the individual cell voltage( z- v) m/ Z3 v% p; u, R' r' u. ]0 P
· Passive cell balancing* q [: P; @) J* y
· Cell overvoltage and undervoltage protection
# N/ r, p2 [+ o, f0 f! q· Overtemperature protection9 f+ a/ k! H* U: D! H
· Charge and discharge mode detection
& @- K7 j) o, [· Communication to a host device |
发表于 2007-1-13 18:57:00
