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世平推出 ADI、Fairchild、ON 電池管理系統方案

 2014-03-17

電動車未來將以鋰電池為主要動力驅動來源,主因在於鋰電池有高能量密度優勢,所以性能較為穩定。然而鋰電池大量生產時品質不易掌握,電池芯出廠時電量即存在些微差異,且隨著操作環境、老化等因素,電池間不一致性將愈趨明顯,電池效率、壽命也都將變差,再加上過充或過放等情況,嚴重時可能導致起火燃燒等安全問題。

 

BMS 電池管理系統主要分為兩部分,第一部分是前端類比測量保護電路 (AFE),包括電池電壓轉換與量測電路、電池平衡驅動電路、開關驅動電路、電流量測、通訊電路。第二部分是後端資料處理模組,就是依據電壓、電流、溫度等前端計算,並將必要的資訊通過通信介面回傳給系統做出控制。

 

因此,透過BMS能準確量測電池組使用狀況,保護電池不至於過度充放電,平衡電池組中每一顆電池的電量,以及分析計算電池組的電量並轉換為駕駛可理解的續航力資訊,確保動力電池可安全運作。電池管理系統廣泛應用於電動工具,電動自行車,電動汽車,儲能電站,UPS等產品的電池中,預測2013年至2015年全球BMS市場產值成長幅度將大幅躍升至25%~35%。針對這一市場趨勢,世平集團推出 ADI、Fairchild、ON 電池管理系統方案。

 

一、ADI全隔離式鋰離子電池監控和保護系統

 

1.方案特點

鋰離子電池組包含大量的電池單元,必須正確監控才能提高電池效率,延長電池壽命確保安全性。方案中的 6 通道 AD7280A 器件充當主監控器,向系統演示平臺評估板提供精確的電壓測量資料,而 6 通道 AD8280 器件充當副監控器和保護系統。

AD8280 是一款用於鋰離子電池組的純硬連線安全監控器,配合 AD7280A 使用時,可提供具有可調閾值檢測和共用或單獨報警輸出的低成本、冗餘、備用電池監控器。它具有自測功能,因此適合混合動力電動汽車等高可靠性應用或者不斷電供應系統等高壓工業應用。AD7280A 和 AD8280 均從監控的電池單元獲得電源。

ADuM5404集成一個DC-DC轉換器,用於向ADuM1201和ADuM1401隔離器的高壓端供電,以及向AD7280ASPI介面提供VDRIVE電源。這些4通道、磁性隔離電路是安全、可靠、易用的光耦合器替代解決方案。

 

2. 方案框圖

 

WPIg_ADI_AD8280-diagram_20140219

 

3. 晶片參數

3.1 ADI AD7280A 參數

 

  • 單顆處理 4 - 6 s 前端
  • 12 Bit ADC 採樣,平均每通道採樣時間 1 us
  • 能夠對 6 個通道的電壓和溫度進行監測,典型  
  • 精度達 ±1.6 mV (典型值)
  • 多個 AD7280A 可採用菊輪鍊連接,單個電路
  • 板最多可監控 48 個電池單元,轉換只需 7 μs
  • 提供被動式電池單元平衡控制功能
  • 轉換模式下功耗小於 6 mA
  • 斷電模式下功耗小於 1.8 uA
  • SPI 通信提供 CRC 校驗保證資料的可靠性

 

3.2 ADI AD8280 參數

  • 電壓範圍:6.0 V – 30 V
  • 多路輸入可監控 3 - 6 路電池電壓和 2 個溫度
  • 可調監控閥值:過壓、欠壓、過溫
  • 報警選項:單獨或者共用報警
  • 可通過菊輪鍊方式連接

 

 

二、Fairchild 鋰離子電池監控和保護系統

 

1.方案特點

使用 AFE16SM 作為 MC9S08DZ60 的模擬前端,採集電池組中每個電池的電壓信號、電池組的溫度信號。MC9S08DZ60 採集並處理 AFE16SM 發送的電壓及溫度信號併發送給 LCM 顯示。

 

使用 AFE5SP 作為 MC9S08DZ60 的模擬前端,其內部集成比較器, 可程式設計的參考值及 N-MOSFET Driver 來控制電路的開關,進而保護電池。

 

MC9S08DZ60 通過處理和分析採集到的 16 顆電池的資訊,當出現異常(過流、過壓和過溫)時可通過控制 MOS 驅動來關斷回路以達到保護目的。MC9S08DZ60 把監測到的異常狀態(過壓、欠壓、過流和過溫)資訊用 LED 進行顯示。

 

2.方案框圖

 

 

WPIg_Fairhild_MC9S08DZ60-diagram_20140219

 

 

3.1 晶片參數

3.1 Fairchild AFE16SM 參數

 

  • 工作電壓:7.0 V – 84 V
  • 處理 6 s - 16 s 前端
  • 能夠對 16 個通道的電壓和 2 個溫度進行監測,
  • 提供精准的電壓、溫度測量和電壓放大輸出
  • 內置 5 V / 20 mA LDO
  • 工作模式下功耗小於 400 uA
  • 斷電模式下功耗小於 1 uA
  • I2C 通信

 

3.2 Fairchild AFE5SP 參數

  • 工作電壓:7.0 V – 30 V
  • 多路輸入可監控 3 - 5 路電池電壓和 1 個溫度
  • 內置 5 V / 10 mA LDO
  • 工作模式下功耗小於 40 uA
  • 斷電模式下功耗小於 1 uA
  • 通過 OTP EPROM 可調監控閥值:過壓、欠壓、放電過流、放電短路、充電過流、電池過熱、內部過熱
  • 內置 NMOSFET 驅動器,用於充放電關斷保護。

 

三、ON 電池監護方案

 

WPIg_ON_PW-feature_20140219

 

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