電動兩輪車作為國內主要的中短途代步工具，截止到 2020 年，中國市場的保有量已經超過 3 億輛。這是一個非常龐大的市場，可以說幾乎每家每戶都有一輛電動兩輪車。針對這樣一個市場巨大的應用，本文將對 TI 的典型 BMS 解決方案進行介紹。
雖然鋰電池相比鉛酸電池具有更高的能量密度和性價比，并且在新國標的驅動下將成為電動兩輪車的主流，但不可忽視的是鋰電池相比鉛酸電池而言，危險性更高，若不謹慎對待，很容易發(fā)生失火，爆炸等危險，因此這也對 BMS 解決方案提出了更高的要求。
面對由鋰電池組提供動力的電動兩輪車應用，TI 提供了有競爭力的 BMS 解決方案。按照電池串數(shù)，我們可以將電動兩輪車大致分為電動自行車 (≤16S) 和電摩 (>16S) 兩類。
電動自行車
電動自行車通常為 16S 及其以下的電池包?；?TI 產品的 BMS 解決方案，關鍵器件采用 TI 的最新產品，具有更低成本的同時具備更高的性能，幫助大家實現(xiàn)更優(yōu)的 BMS 設計。
從結構上看，我們可以大致分為 5 個部分：
● 電池監(jiān)控與保護
● 電池管理與控制
● 充放電功率通路
● 通信與傳感
● 輔助電源
其中，充放電功率按照電壓電流等實際需要進行選取即可，本文不做贅述。下面針對其他各個部分的關鍵器件進行介紹：
電池監(jiān)控與保護
該部分主要包括模擬前端和二次保護芯片。該部分主要是對每一節(jié)電池進行監(jiān)控和保護，防止電池超出安全工作區(qū)，引發(fā)危險。
● 模擬前端：BQ76952
BQ76952 是 TI 最新一代的高串數(shù)模擬前端，它支持 3-16 串的應用。同系列的產品還有 BQ76942 和 BQ769142，分別支持 3-10 串和 3-14 串的應用，使用者可按照實際需要進行選擇。BQ769x2 集成了過壓，欠壓，過溫，過流，短路等應對各種故障情況下的一次保護。支持 I2C、SPI、HDQ 等多種通訊方式。集成了內部電池均衡，同時也支持外部均衡。此外 BQ769x2 還支持亂序上電，極大節(jié)省了產線裝配時間及其成本。而集成的高邊驅動，相比上一代產品 BQ769x0，對于高邊保護的應用，可以節(jié)省一顆驅動 IC—BQ76200。并且 BQ76952 不僅可以和 MCU 搭配使用，也可以脫離 MCU，獨立運行，適用于低成本的應用場合。
● 二次保護：BQ77216
為了避免因為模擬前端故障，導致電池包處于沒有保護的危險境地，通常還會有二次保護，在發(fā)生嚴重故障并且一次保護沒有動作時，二次保護啟動，熔斷保險絲，避免危險發(fā)生。
BQ77216 是 TI 最新的針對電動兩輪車應用所開發(fā)的二次保護芯片，也是筆者所知目前為止市面上第一款且唯一一款支持 16 串的二次保護芯片。以往的方案都是采用若干顆 5S 的二段保護 IC，如 BQ7718 加上一些外圍的邏輯以及阻容進行級聯(lián)使用。單芯片的方案不僅節(jié)省了成本，而且簡化了設計與布板的難度，提高了 PCB 的利用率，同時可靠性也得到了加強。BQ77216 有多種配置可選，使用者可以按照實際需要選擇合適的型號，若沒有符合的型號，可以聯(lián)系對應的技術支持進行定制。
電池管理與控制
該部分主要包括電量計和微控制器。對于一些低端產品，通常會選用電壓查表法來進行電量的計算，這樣的方法雖然簡單，但精度不高。而對于中高端的產品，通常還需要電量計提供更加精確的電量計算與顯示。并且大部分場合需要配合 MCU 進行工作，實現(xiàn)對電池的補充管理和對外的信息交互。
● 電量計：BQ34Z100
BQ34Z100 是獨立于電池節(jié)串聯(lián)配置之外工作的電量計解決方案。它通過一個外部電壓轉換電路，可支持 3V 至 65V 的電池，可對此電路進行自動控制以減少系統(tǒng)功耗。BQ34Z100 器件提供幾個接口選項，其中包括一個 I2C 從接口、一個 HDQ 從接口、一個或者四個直接 LED 接口、和一個警報輸出引腳。此外，BQ34Z100 提供對于外部端口擴展器(支持多于四個 LED)的支持。
● 處理器：MSP430FR2155DBT
MSP430FR215x 微控制器 (MCU) 均屬于 MSP430MCU 超值系列超低功耗低成本器件產品系列將獨特的嵌入式 FRAM 和整體超低功耗系統(tǒng)架構相結合，從而在保證性能的同時降低能耗。適合用于電池供電場合，節(jié)省電量，延長續(xù)航。
通信與傳感
該部分主要包括 CAN 通信收發(fā)器和熱敏電阻。
● CAN 通信收發(fā)器：TCAN1042HV
這款 CAN 收發(fā)器系列符合 ISO1189-2 (2016) 高速 CAN(控制器局域網絡)物理層標準。所有器件均設計用于數(shù)據(jù)速率高達 2Mbps(兆位每秒)的 CAN FD 網絡。配有用于 I/O 電平轉換的輔助電源輸入(用于設置輸入引腳閾值和 RXD 輸出電平)。該系列具備低功耗待機模式及遠程喚醒請求特性。此外，所有器件均包含許多保護功能，以提高器件和 CAN 的穩(wěn)定性。
● 熱敏電阻：TMP61
TMP61 線性熱敏電阻可在整個溫度范圍內提供線性度和始終如一的靈敏度，支持使用簡單而準確的方法進行溫度轉換。器件的低功耗和較小的熱質量可最大限度地減小自發(fā)熱的影響。這些器件具有內置的高溫失效防護性能以及對環(huán)境變化的強大抵抗力，設計用于長壽命的高性能應用。TMP6 系列器件的小巧外形還允許靠近熱源放置，并具有快速響應時間。
與 NTC 熱敏電阻相比，它具有以下優(yōu)點：無需額外的線性化電路、校準最小化、電阻容差變化更小、高溫下靈敏度更高，以及可節(jié)省處理器時間和內存的簡化轉換方法。
輔助電源
BQ769x2 集成了兩個輸出可配置的 LDO。但是對于高壓大電流的應用，考慮到高壓差引起的散熱問題，仍然需要使用一顆高效率的 DC-DC 電源芯片，將電池高壓轉換為一個相對低壓，如 5V，再通過一顆 LDO 將 DC-DC 的輸出轉換為低噪聲的電源軌給 MCU 供電。
● DC-DC：LM5164
因為是電池應用，為了最大限度地延長電池使用時長，所以對芯片的靜態(tài)功耗要求較高。LM5164 空載靜態(tài)電流極低，僅為 10.5uA，可以最大限度節(jié)省電池電量，延長續(xù)航。并且 LM5164 最大支持 100V 的輸入電壓，為 16 串的應用提供安全的耐壓。采用的 COT 模式控制架構，具備更快的瞬態(tài)響應速度。
● LDO：TLV70433
TLV704 系列 LDO 具有極低的靜態(tài)電流，僅為 3.2uA。并且在全溫度以及全負載范圍內，靜態(tài)功耗也基本是恒定的，是低功耗微控制器，如 MSP430，理想的供電電源。
電摩
電摩的方案與電動自行車的方案基本類似。電摩和電動自行車的主要區(qū)別是電摩的串數(shù)通常在 16 串以上，常見的有 17 串，20 串和 24 串。因為串數(shù)的增加，電動自行車的方案中所采用的單顆 BQ76952 就不能滿足需求。這就需要將兩顆 BQ769x2 進行級聯(lián)使用，同樣的 BQ77216 也需要進行級聯(lián)使用。并且級聯(lián)使用后還需要用到一顆隔離 I2C 進行兩顆 BQ769x2 之間的隔離通信。
● 隔離 I2C：ISO1640
ISO164x 系列是 TI 最新的 I2C 隔離器，具備更高的性價比。它支持熱插拔，低功耗的雙向 I2C 隔離器。滿足 UL 1577 標準，通過了 UL，CSA，CQC，VDE，TUV 認證，支持 1.7MHz 雙向傳輸速率。
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