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功率电感:如何设计电池管理系统(上)

2015/8/6 8:57:22

  本文提供了有关电池管理系统(BMS)架构的初学者指南,讨论了主要功能块,并解释了每个功能块对BMS系统的重要性。

  图 SEQ Figure * ARABIC 1:电池管理系统(BMS)功能块的简化示意图

  电池管理系统架构

  电池管理系统(BMS)通常包含若干功能块,如:FET驱动、电流监控、单电池电压监视器、单电池电压均衡、实时时钟、温度监控和状态机。市场上有多种类型的BMS IC。从简单的模拟前端(如提供均衡和监测功能并需要微控制器的ISL94208($1.3824))到自主运行的独立集成解决方案(如ISL94203($2.6201)),功能块的分组存在很大差异。现在我们来看每个功能块的用途和所使用的技术,以及每种技术的优缺点。

  关断FET和FET驱动器

  FET驱动器功能块负责电池组的连接以及负载与充电器之间的隔离。FET驱动器的行为可根据单电池电压测量值、电流测量值和实时检测电路进行操控。图2(a) 和 2(b)描述了负载与充电器及电池组之间的两种不同FET连接。

  图 SEQ Figure * ARABIC 2:不同连接的截止FET原理图:

  (a)负载与充电器之间的单一连接

  (b)允许同时充电和放电的二端子连接

  图2(a)需要少的电池组连接数,且电池组工作模式限于充电、放电或休眠。电流方向和具体实时检测的行为决定了器件的状态。例如,ISL94203有一个CHMON,用于监测截止FET右侧上的电压。如果充电器已连接且电池组与之隔离,则注入电池组的电流将使电压上升至充电器的大供电电压。这时,CHMON所在位置的电压电平升高(tripped),让BMS器件知道已连接充电器。负载连接是通过以下方式来确定的:向负载方向注入电流,以确定负载是否存在。如果引脚所在位置的电压在电流注入时没有显著上升,则表明负载还在。然后FET驱动器的DFET继续断开。图2(b)的连接方案允许电池组在充电时可以支持放电工作。

  可以设计FET驱动器来连接至电池组的或低端。连接需要一个电荷泵驱动器来激活NMOS FET。使用驱动器可使电路其余部分具有稳固的接地基准。低端FET驱动器连接见于一些集成解决方案,用以降低成本,因为这时无需电荷泵。低端连接也不需要高电压器件,它会占用更大的芯片面积。在低端上截止FET会使电池组的接地点连接浮接,使之易受注入测量的噪声的影响——这会影响一些IC的性能。

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