本文導(dǎo)讀

我國(guó)電動(dòng)兩輪車目前仍是以鉛酸電池為主，但隨著“雙碳”及新國(guó)標(biāo)政策助力，鋰電化成為了電動(dòng)兩輪車發(fā)展的新趨勢(shì)。模擬前端AFE負(fù)責(zé)對(duì)電池組的監(jiān)控與保護(hù)，【MPS】先進(jìn)的模擬前端MP2797脫穎而出。

MP2797，是MPS公司生產(chǎn)的一款用于7到16串電池的電池管理芯片，集成高邊驅(qū)動(dòng)器，具有庫(kù)倫計(jì)數(shù)功能的高精度電池監(jiān)控和保護(hù)器。該方案中，選用MP2797作為BMU的模擬前端，負(fù)責(zé)監(jiān)控電池信息。

AFE簡(jiǎn)介

鋰電池在使用過(guò)程中最怕就是過(guò)充電、過(guò)放電，一旦過(guò)充電或者過(guò)放電，電池性能就會(huì)受到損壞，會(huì)影響電池容量、降低壽命等，更嚴(yán)重還有可能發(fā)生起火事件。現(xiàn)在時(shí)不時(shí)會(huì)發(fā)生“電動(dòng)車自燃事件”，這是BMS系統(tǒng)功能出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致的后果。而AFE是BMS電池管理系統(tǒng)的傳感單元，其重要性可想而知。 模擬前端（AFE）MP2797是一顆用于7-16串BMS電池監(jiān)測(cè)保護(hù)芯片，支持SPI或I2C通信，集成高邊驅(qū)動(dòng)，具有庫(kù)侖計(jì)功能，58mA內(nèi)部均衡電流能力同時(shí)可以選擇驅(qū)動(dòng)外部平衡FET，具備軟硬件雙重保護(hù)，提高其安全性能。

圖 1MP2797應(yīng)用示意

安全機(jī)制

1. 電池電壓電流監(jiān)測(cè)

通過(guò)15位的模數(shù)變換器ADC對(duì)Cell電壓、溫度進(jìn)行高精度監(jiān)控，通過(guò)16位的模數(shù)變換器ADC對(duì)PACK電流、庫(kù)侖計(jì)數(shù)進(jìn)行高精度監(jiān)控，以便實(shí)時(shí)掌握電池組狀態(tài)，更加安全地使用電池。

2. 硬件可編程保護(hù)

充電/放電過(guò)流保護(hù)（OCP）

充電/放電短路保護(hù)（SCP）

電池欠壓保護(hù)（UVP）和過(guò)壓保護(hù)（OVP）

電池低溫/高溫保護(hù)

芯片高溫保護(hù)

3.通信CRC校驗(yàn)

支持8位循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），提高通信可靠性

4.DSG/CHG FET軟啟動(dòng)

軟啟動(dòng)可以避免在大容性負(fù)載連接的情況下FET導(dǎo)通過(guò)程中損壞FET。通過(guò)軟件打開軟啟動(dòng)，相關(guān)寄存器配置導(dǎo)通斜率，導(dǎo)通斜率越小軟啟動(dòng)就越安全，但是如果過(guò)小會(huì)帶來(lái)FET功耗大發(fā)熱問(wèn)題，所以需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適的斜率。

5.預(yù)充安全控制

可以采用GPIO1HV管腳來(lái)控制帶限流電阻的PMOS電路對(duì)PACK電容器進(jìn)行預(yù)充電。一旦PACK電容器充至相對(duì)較高的電壓，DSG FET就可以在低Vds條件下安全導(dǎo)通。導(dǎo)通時(shí)間可通過(guò)不同的電阻值進(jìn)行調(diào)節(jié)，但大功率電阻是必要的。

6.故障通知

MP2797提供兩個(gè)可配置的中斷，分別是xAlert和GPIO3管腳，可在發(fā)生故障時(shí)報(bào)告不同的故障事件。

7.WDT看門狗

通過(guò)配置相關(guān)寄存器配置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)WDT功能。

8.斷線檢測(cè)

支持Cell斷線檢測(cè)，以避免采集到假電壓值，假電壓值不能代表電芯的真實(shí)電壓，如果當(dāng)成真實(shí)電壓，則會(huì)造成過(guò)充或者過(guò)放電。

成本控制優(yōu)勢(shì)

1. 極具特色的高邊驅(qū)動(dòng)

避免了斷開時(shí)地浮空的問(wèn)題，可驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)的NMOS，與低邊驅(qū)動(dòng)相比，節(jié)省了隔離電源和信號(hào)隔離器件。

2. 內(nèi)置軟啟動(dòng)功能

可避免啟動(dòng)電流過(guò)大帶來(lái)的安全隱患，節(jié)省旁路啟動(dòng)電路。

3. 內(nèi)部集成被動(dòng)均衡MOS

節(jié)省了外部均衡電路，同時(shí)也大大減少了PCB板面積。

目標(biāo)應(yīng)用

電動(dòng)兩輪車、儲(chǔ)能、工業(yè)等。

圖 2方案Demo實(shí)物

審核編輯 黃宇