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电源网独家:TI推出16节集成锂离子监视器和保护器

2015-12-23 11:45 来源: 编辑:鹃子

【电源网 现场报道】

2015年12月15日,德州仪器(TI)推出了业内首款同时具备电池监视器和保护器双重功能的电池管理芯片BQ76PL455A-Q1,一次可测量16节电池,该产品以迎合电动、混合动力车辆和电网储能系统的发展趋势,适应于更快地充电、更精确的容量测量。在电源网记者的采访中,来自德州仪器电池管理产品(BMS)大中华区市场和应用的部门经理文司华博士对这一产品的特性与优势做了详尽阐述。 

主动均衡与被动均衡
德州仪器电池管理产品(BMS)大中华区市场和应用的部门经理文司华正在讲解

使用大容量电池面临的挑战

相比于传统汽车,电动汽车的最明显优势之一就是提速快,驾驶员希望知道在当前的加速度情况下,车辆能够续航的里程数。

除提速更快,驾驶员还要考虑按照当前的驾驶速度或驾驶习惯,续航里程是多少,这涉及到从现在到剩余里程中电池最大的输出功率是多少。如果在电池快没电的情况下踩一脚油门,在没有控制的情况下,大电流使电池的电压下降,当电池电压碰到最低的保护点时就失去了动力。所以,系统要有责任或者设计完善的系统要告诉控制台,最大功率是多少,就算驾驶员狠狠踩了油门,也不允许电流速度达到那么大,保护在安全电压之上。驾驶员期望电池充满后汽车可以行驶更长的里程。通过使用精确的主动和被动电池均衡,可以实现更长的电池寿命。

第三个挑战,是如何让它更加安全。汽车BMS系统是系统层面的安全问题,而不仅仅是芯片。这个监护和保护芯片能附加更多的硬件和软件功能,内置自检有助于验证内部功能,其中包括集成的电压比较器,它可以将电池电压保持在正确范围内。它能协助系统安全设计,更加好地实现它的功能。


BQ76PL455A-Q1的特性与优势

TI推出首款能为适用于16节串联锂离子电池组的集成监视器和保护器——BQ76PL455A-Q1。这款芯片可通过获得更多的能量能够增加电动汽车和混动汽车的行驶里程和续航里程。由于它的功能,驾驶员能够从电池中提取尽可能多的能量,这包含了被动均衡和主动均衡,以便增加每节电池的使用寿命或者续航里程。

从4节串联(微型混动汽车),到12-16节串联电池(轻度混合汽车),直到96节串联电池(电动和混动汽车),根据汽车技术规格的不同,会有一节或很多节并联电池。然而,从IC的角度出发,串联电池节的数量才是关键点,并联电池节数量可根据需要随意确定。电池管理系统(BMS)是驾驶员、汽车和电池之间的重要纽带。BMS包含监视和保护电池的电子元器件。一般常见的电池管理芯片最多支持96节电池串联,而这款芯片最多可支持256节。

续航里程是另外一个了解电池剩余电荷的方法,这一参数被称为电荷状态 (SoC)。有手机的人都知道,电池的容量会随着时间的推移而逐渐下降。一个电池在一个指定时间点上能够保存的最大电荷量被称为健康状态 (SoH)。计算SoH和SoC的方法有很多(请查看TI Impedance Track™ 技术),而这些方法都会计算电池电压、电池温度和电池组电流。工程师能够通过精确的测量准确地知道车载主处理器,用来计算电荷组的状态。如果工程师没有精确地测量结果是无法算出这两个参数的,bq76PL455A-Q1能够协助主处理器,供足够的精确读数,帮助主处理器进行更好的估算。 

>>单颗芯片监视16个堆叠电池

早期的车型大多使用12串数的模组,如今的趋势是要想有更强劲的系统马力,串数需要多一点,如果单颗芯片能监视的串数越多,则整个设计中使用的芯片数量就会越少。bq76PL455A-Q1所具备的单颗芯片监视16个堆叠电池的特性,大大迎合了这一趋势要求。它可以精确监视和保护由多达256节电池串联在一起组成的大容量电池组。

>>减小PCB尺寸降低系统成本

在电池管理系统的整个设计中,隔离是很重要的。很高串数的电池堆叠起来,通讯时主芯片需要保护起来,使用隔离器是必要的,而隔离器价格较为昂贵,且有很大的功耗。对于bq76PL455A-Q1,只要将它和主芯片之间用内置的隔离式差分UART,UART是一种非同步的接口,这种差分系统可以帮助设计人员排除,不需要使用更加昂贵的控制器局域网(CAN总线),从而进一步减少物料清单。

>>特有高精度电池电压监视

监视需要测量电压、电流和温度。诸如bq76PL455A-Q1的监视IC,对于大约4.5V的电池电压,它在0°C至65°C温度范围内的准确度值为4.25mV,在-40°C至105°C温度范围内的准确度值为6.25mV,通常情况下,电池电压精度在很大程度上取决于输入电压。毫无疑问,精度是非常重要的,因为电荷状态和健康状况完全依靠电压,如果测量不准的话没有办法判断电池的寿命和容量。

想要估算电池容量除了测电压还需要测量电流和温度,但同时掌握这三个参数想要测量剩余电容并非简单,它们之间没有很直观的联系,所以电量的算法非常复杂,需要知道电池的开路电压。bq76PL455A-Q1的高精度监视使得准确技术电荷状态和健康状态成为可能,从而帮助延长总体电池使用寿命。

>>帮助系统集成商实现系统级功能安全目标

TI推出的bq76PL455A-Q1BMS芯片,提供给第一级供应商或整车厂做板级设计,此设计需要达到系统级功能安全目标,即国际标准ISO26262,它包含了整车开发系统连贯的汽车生命周期,以及汽车评级风险标准。

TI提供的一些具体的设计指标,能够比其他产品更加有效的帮助系统商实现其目标。bq76PL455A-Q1具有单独电压基准和内置自检功能的过压/欠压比较器,这保证了当芯片中有部分出现故障时其他部分仍然可正常运行。

>>延长电池使用寿命拓展电池使用范围

bq76PL455A-Q1同时支持被动和主动均衡。主动和被动电池节均衡是另外一个重要特性。如果没有电池均衡,那么大容量电池会很快失效。当第一节电池无电时,放电驱动停止。当第一节电池充满时,充电停止。在没有均衡的情况下,第一节完全放电的电池与第一个充满电的电池互不相干;电池均衡减少了这两节电池之间的电荷差异。

相比于被动均衡,主动均衡更大程度的保证的充电量的增加和减少放电量的浪费。这是bq76PL455A-Q1所具备的优势之一。


更多资料及下载

>>加快设计的工具和技术支持

Bq76PL455A-Q1评估模块(bq76PL455EVM)和bq76PL455A-Q1-EVM-GUI-SW图形用户界面工具使得用户能够快速且轻松地评估器件特性和性能,帮助加快上市时间。还提供针对被动平衡的TI Design参考设计,逐步指导用户的设计工作。

>>封装和供货

Bq76PL455A-Q1器件目前可在TI商店以及通过公司的授权分销网络购买。此产品采用薄型四方扁平(TQFP)80封装。

如需了解与TI电池管理产品组合相关的更多信息,敬请访问以下链接:

•   阅读博文,“从毫伏到数英里:电池管理IC的性能如何影响我所驾驶车辆的性能。”

•   加入德州仪器在线支持社区,寻找解决方案,获得帮助,并与同行工程师和TI专家分享知识和解决难题。

关于德州仪器(TI)

德州仪器(TI)是一家全球性半导体设计制造公司,始终致力于模拟集成电路(IC)及嵌入式处理器开发。TI拥有全球顶尖人才,锐意创新,塑造技术行业未来。今天,TI正携手超过10万家客户打造更美好未来。更多详情,敬请查阅https://www.ti.com.cn。

人物背景简介

Simon Wen

德州仪器 电池管理产品(BMS)大中华区市场和应用部门经理

文司华博士是德州仪器(TI)电池管理产品(BMS)大中华区市场和应用部门经理。他致力于TI在电池管理、快速充电、无线充电、可穿戴智能硬件以及绿色能源领域等BMS业务的增长。

早期作为应用和系统开发工程师, 他曾在TI从事BMS产品的研发工作。此外,他曾在各类国际研讨会、期刊和杂志发表文章30余篇,并获得过一项美国专利。

文司华博士拥有弗吉尼亚理工大学工程硕士和博士学位。

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