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世平推出 ADI、Fairchild、ON 电池管理系统方案

 2014-03-17

电动车未来将以锂电池为主要动力驱动来源,主因在于锂电池有高能量密度优势,所以性能较为稳定。然而锂电池大量生产时品质不易掌握,电池芯出厂时电量即存在些微差异,且随着操作环境、老化等因素,电池间不一致性将愈趋明显,电池效率、寿命也都将变差,再加上过充或过放等情况,严重时可能导致起火燃烧等安全问题。

 

BMS 电池管理系统主要分为两部分,第一部分是前端模拟测量保护电路 (AFE),包括电池电压转换与量测电路、电池平衡驱动电路、开关驱动电路、电流量测、通讯电路。第二部分是后端数据处理模组,就是依据电压、电流、温度等前端计算,并将必要的资讯通过通信接口回传给系统做出控制。

 

因此,透过BMS能准确量测电池组使用状况,保护电池不至于过度充放电,平衡电池组中每一颗电池的电量,以及分析计算电池组的电量并转换为驾驶可理解的续航力信息,确保动力电池可安全运作。电池管理系统广泛应用于电动工具,电动自行车,电动汽车,储能电站,UPS等产品的电池中,预测2013年至2015年全球BMS市场产值成长幅度将大幅跃升至25%~35%。针对这一市场趋势,世平集团推出 ADI、Fairchild、ON 电池管理系统方案。

 

一、ADI全隔离式锂离子电池监控和保护系统

 

1.方案特点

锂离子电池组包含大量的电池单元,必须正确监控才能提高电池效率,延长电池寿命确保安全性。方案中的 6 通道 AD7280A 器件充当主监控器,向系统演示平台评估板提供精确的电压测量数据,而 6 通道 AD8280 器件充当副监控器和保护系统。

 

AD8280 是一款用于锂离子电池组的纯硬连线安全监控器,配合 AD7280A 使用时,可提供具有可调阈值检测和共用或单独报警输出的低成本、冗余、备用电池监控器。它具有自测功能,因此适合混合动力电动汽车等高可靠性应用或者不间断电源等高压工业应用。AD7280A 和 AD8280 均从监控的电池单元获得电源。

 

ADuM5404集成一个DC-DC转换器,用于向ADuM1201和ADuM1401隔离器的高压端供电,以及向AD7280ASPI接口提供VDRIVE电源。这些4通道、磁性隔离电路是安全、可靠、易用的光耦合器替代解决方案。

 

2. 方案框图

WPIg_ADI_AD8280-diagram_20140219

 

3. 芯片参数

 

3.1 ADI AD7280A 参数

  • 单颗处理 4 - 6 s 前端
  • 12 Bit ADC 采样,平均每通道采样时间 1 us
  • 能够对 6 个通道的电压和温度进行监测,典型
  • 精度达 ±1.6 mV (典型值)
  • 多个 AD7280A 可采用菊花链连接,单个电路
  • 板最多可监控 48 个电池单元,转换只需 7 μs
  • 提供被动式电池单元平衡控制功能
  • 转换模式下功耗小于 6 mA
  • 断电模式下功耗小于 1.8 uA
  • SPI 通信提供 CRC 校验保证数据的可靠性

 

3.2 ADI AD8280 参数

  • 电压范围:6.0 V – 30 V
  • 多路输入可监控 3 - 6 路电池电压和 2 个温度
  • 可调监控阀值:过压、欠压、过温
  • 报警选项:单独或者共用报警
  • 可通过菊花链方式连接

 

 

二、Fairchild 锂离子电池监控和保护系统

 

1.方案特点

使用 AFE16SM 作为 MC9S08DZ60 的模拟前端,采集电池组中每个电池的电压信号、电池组的温度信号。MC9S08DZ60 采集并处理 AFE16SM 发送的电压及温度信号并发送给 LCM 显示。

 

使用 AFE5SP 作为 MC9S08DZ60 的模拟前端,其内部集成比较器, 可编程的参考值及 N-MOSFET Driver 来控制电路的开关,进而保护电池。

 

MC9S08DZ60 通过处理和分析采集到的 16 颗电池的信息,当出现异常(过流、过压和过温)时可通过控制 MOS 驱动来关断回路以达到保护目的。MC9S08DZ60 把监测到的异常状态(过压、欠压、过流和过温)信息用 LED 进行显示。

 

 

2.方案框图

 

WPIg_Fairhild_MC9S08DZ60-diagram_20140219

 

 

3.1 芯片参数

3.1 Fairchild AFE16SM 参数

  • 工作电压:7.0 V – 84 V
  • 处理 6 s - 16 s 前端
  • 能够对 16 个通道的电压和 2 个温度进行监测,
  • 提供精准的电压、温度测量和电压放大输出
  • 内置 5 V / 20 mA LDO
  • 工作模式下功耗小于 400 uA
  • 断电模式下功耗小于 1 uA
  • I2C 通信

 

3.2 Fairchild AFE5SP 参数

  • 工作电压:7.0 V – 30 V
  • 多路输入可监控 3 - 5 路电池电压和 1 个温度
  • 内置 5 V / 10 mA LDO
  • 工作模式下功耗小于 40 uA
  • 断电模式下功耗小于 1 uA
  • 通过 OTP EPROM 可调监控阀值:过压、欠压、放电过流、放电短路、充电过流、电池过热、内部过热
  • 内置 NMOSFET 驱动器,用于充放电关断保护。

 

 

三、ON 电池监护方案

WPIg_ON_PW-feature_20140219

 

 

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