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下一代电池监控器:如何在提高精度和延长运行时间的同时提高电池的安全性

近年来,真空吸尘器、电动工具(如钻头、锯子、螺丝刀)、园艺工具(如割草机、修边机、草坪拖拉机)等消费品已从绳索和墙壁供电转变为无绳设备和充电电池供电。即使是以前没有动力的自行车也在向电池驱动的电动自行车和电动摩托车转变。

这些电池组通常由单块锂离子电池、锂聚合物电池或磷酸锂电池构成,如果使用不当可能会造成危险,从而导致火灾或爆炸。为确保电池的安全使用,电池组内的电子器件对电池进行监控,使电池仅在电池制造商规定的条件下运行。

·最大允许充电电压。

·最大充放电电流。

·规定的充放电温度范围。

因此,测量电池组中的关键参数非常重要,特别是当电池组中的电压、电流和温度超过极限值时,会触发适当的保护措施。

测量数据必须准确,以便设计师决定设计中包含多少裕度。例如,如果电池规格将全充电电压限制为4.3V,但测量数据的精度是±50 mV,设计师必须将系统配置为测量显示电压高于4.25V禁止充电。但由于实际电池电压可能低至4.2V,在这种情况下,电池充满前会停止充电,导致浪费应用容量,缩短电池寿命。

BQ76942和BQ76952等电池组的高精度电池监视器和保护器是专门为锂离子、锂聚合物或磷酸锂电池设计的。这些设备支持3s到10s(BQ76942)和16s(BQ76952)串联电池组可以测量电池电压、电流和温度,并与电池组中的独立微控制器或电动自行车中的系统控制器等其他电路共享数据。BQ76942和BQ76952还可以使用数据自动触发电池保护,无论是与主机还是系统微控制器交互,都可以避免超出制造商标准的运行,并在条件允许的情况下重新启用电池组。

图 1显示BQ集成了76952框图:

?测量和检测子系统,用于监测电压、电流和温度,以便在参数超过允许阈值时进行检测。

驱动外部保护FET执行器和化学熔丝。

除了选择功能引脚控件外,数字主机接口子系统还支持多个串行通信标准。

多个电压调节器,一个用于内部电路,两个用于外部。

下一代电池监控器:如何在提高精度和延长运行时间的同时提高电池的安全性

图1:BQ76952框图

图2显示基础BQ76952的16s使用电池组简化原理图I2C与主微控制器通信。集成调节器为微控制器和可选外部收发器提供电源轨道。

下一代电池监控器:如何在提高精度和延长运行时间的同时提高电池的安全性

图2:基于BQ76952的16s系统简化原理图

BQ76942和BQ76952中的测量子系统数字化了电池组中的各种电压、电流和温度。这些测量是以不同的方式获得的,因为每个测量都有特定的要求。例如,温度变化缓慢,因此可以慢慢测量和计算。然而,如果不连续采样,电池组的电流可能会有短脉冲活动。

处理电压和库仑计数器ADC生成的值可以提供设备中使用的测量数据,并可以访问电池组中的单独处理器、电动工具或系统控制器。

单个电池的差异电压和额外的系统电压。

?电池组电流和通过的电荷(库仑计数)。

内部裸片和9个外部热敏电阻温度读数。

支持外部热敏电阻测量的引脚也可用于通用ADC输入,支持不超过~1.8V输入电压ADC在测量电路上工作,输入在多个输入之间定期多路复用。BQ76942和BQ76952测量子系统包括多个可编程选项,可优化和权衡测量速度和精度。

随着电池供电消费品的日益普及,确保它们在安全电压、电流和温度范围内运行至关重要。具有集成功能的电池监控器可以帮助设计工程师解决这三个关键问题,同时提高精度。相关使用TI更多关于电池监视器设计的信息,请查看以下其他资源。

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