簡述電池管理系統(tǒng)的組成

　　電池管理系統(tǒng)是指用于監(jiān)控、控制和保護(hù)電池的整體系統(tǒng)，主要由以下幾個(gè)組成部分構(gòu)成：

　　電池管理芯片（Battery Management System，BMS）：BMS 是電池管理系統(tǒng)的核心組件，通常由一個(gè)或多個(gè)充電管理芯片組成。它負(fù)責(zé)監(jiān)測電池的狀態(tài)、溫度、電流、電壓等參數(shù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)充電、放電過程，以保證電池的安全與高效運(yùn)行。

　　電池模組/單體：電池管理系統(tǒng)中的電池通常由多個(gè)電池模組或單體組成。電池模組是若干電池單體按照一定規(guī)格和連接方式組裝而成的單元，而電池單體則是電池的最小組成單元。電池模組和單體的數(shù)量和配置根據(jù)應(yīng)用和需求而定。

　　溫度傳感器：為了監(jiān)測電池的溫度變化，電池管理系統(tǒng)通常會(huì)配備溫度傳感器。它們可以實(shí)時(shí)獲取電池的溫度信息，并將數(shù)據(jù)傳輸給電池管理芯片進(jìn)行溫度控制和保護(hù)。

　　電流傳感器：電流傳感器用于檢測電池的充放電電流。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電流的變化，電池管理系統(tǒng)可以精確控制電池的充放電過程，并對電流異常進(jìn)行保護(hù)和處理。

　　電壓傳感器：電壓傳感器用于監(jiān)測電池的電壓。它們能夠?qū)崟r(shí)檢測電池的電壓狀態(tài)，提供準(zhǔn)確的電壓數(shù)據(jù)，以便電池管理系統(tǒng)進(jìn)行電壓控制和保護(hù)。

　　控制單元：控制單元是電池管理系統(tǒng)中的控制核心，負(fù)責(zé)接收和處理來自傳感器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和邏輯進(jìn)行相應(yīng)的控制和保護(hù)操作。它與電池管理芯片、電源系統(tǒng)等組件進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對電池的智能化管理。

　　通信接口：為了與外部設(shè)備進(jìn)行通信和交互，電池管理系統(tǒng)通常會(huì)配置通信接口，如CAN總線、RS485、UART等。這些接口使得電池管理系統(tǒng)能夠與其他系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、狀態(tài)監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制。

　　總之，電池管理系統(tǒng)的組成包括電池管理芯片、電池模組/單體、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、控制單元和通信接口等組件，通過監(jiān)測、控制和保護(hù)電池，確保其安全、高效地運(yùn)行。

? ?鋰離子電池充電管理IC設(shè)計(jì)方案

　鋰離子（Li-ion）電池之父John B.Goodenough因其開拓性工作于2019年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，從而成為年齡最大的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。如今，鋰離子電池已被用于人們生活的各個(gè)方面，它們讓電子設(shè)備變得更加輕巧耐用。例如，大多數(shù)手機(jī)都依靠鋰離子電池實(shí)現(xiàn)長時(shí)間運(yùn)行、便攜性和方便的充電。 因此，有效地對鋰離子電池充電以實(shí)現(xiàn)最大使用率，這一點(diǎn)非常重要。 如何給鋰離子電池充電 首先，讓我們分析一下鋰離子電池的充電過程。其充電過程可分為四個(gè)不同的階段：涓流電流充電、預(yù)充電、恒流充電和恒壓充電。圖1顯示了典型鋰離子電池的充電曲線。

　　圖1：鋰離子電池充電曲線

　　看起來似乎很簡單，實(shí)際上在選擇電池充電解決方案時(shí)需要考慮很多參數(shù)。圖2顯示了選擇方案時(shí)的四個(gè)主要注意事項(xiàng)。

　　圖2：電池充電器設(shè)計(jì)–關(guān)鍵注意事項(xiàng)

　　下面將詳細(xì)介紹這些注意事項(xiàng)：

　　拓?fù)?/p>

　　電池充電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)輸入電壓范圍、電池配置、充電電流和其他系統(tǒng)級優(yōu)先級來選擇拓?fù)洌▍⒁妶D3）。

　　圖3：電池充電器拓?fù)?/p>

　　例如，大多數(shù)便攜式設(shè)備都通過USB端口充電。USB有兩種主要類型：

　　USB Type-A： 通常5V@1.5A最大，但可以支持快速充電和其他標(biāo)準(zhǔn)高達(dá)12V；

　　USB Type-C： 5V@3A最大，但如果支持USB-PD，這可以增加到20V@5A

　　如果設(shè)備通過USB端口充電，則必須始終支持5V工作電壓。舉例來說，對于串聯(lián)電池（最大VBATT≥8.4V），請使用升壓或降壓-升壓拓?fù)?。如果設(shè)備不是通過USB端口充電，則建議采用降壓拓?fù)?，因?yàn)檩斎腚妷菏冀K超過電池電壓。

　　環(huán)路控制

　　電池管理IC的主要挑戰(zhàn)是具有多個(gè)控制環(huán)路。他們不僅要管理輸入電壓和電流，還必須管理系統(tǒng)功率、電池充電電流和電壓、電池溫度以及其他參數(shù)（參見圖4）。例如，系統(tǒng)經(jīng)常需要根據(jù)電池溫度來調(diào)節(jié)電池充電電流。

　　圖4：電池充電器IC中的各種控制環(huán)路

　　電源路徑管理

　　電源路徑管理控制環(huán)路根據(jù)輸入源的電流能力和系統(tǒng)負(fù)載的電流要求動(dòng)態(tài)調(diào)整電池充電電流。這樣可確保系統(tǒng)在使用過量電荷為電池充電時(shí)接收到所需的電流。

　　圖5：電池充電器系統(tǒng)架構(gòu)

　　電池充電器根據(jù)其特性分為三種典型的架構(gòu)。

　　第一種為電源直供，架構(gòu)將電池直接連接到系統(tǒng)電源，它要求電池電壓達(dá)到最小系統(tǒng)電壓才能工作。

　　第二種稱為旁路模式，它采用外部開關(guān)來管理電池充電和系統(tǒng)路徑。

　　第三種架構(gòu)為NVDC電源路徑管理。與前兩種架構(gòu)相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)，因此更常用：

　　最小系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)使用低壓電池可瞬間啟動(dòng)

　　系統(tǒng)始終跟隨電池電壓，以減小系統(tǒng)各部件的電壓應(yīng)力。

　　當(dāng)輸入功率有限時(shí)，電池可以作為系統(tǒng)的補(bǔ)充。

　　系統(tǒng)可以從電池?cái)嚅_，以支持運(yùn)輸模式

　　圖6顯示了NVDC充電器的充電曲線。

　　圖6：帶NVDC功能的鋰離子電池充電曲線

　　當(dāng)電池電壓相對較低時(shí)，系統(tǒng)電壓被調(diào)節(jié)至最低工作點(diǎn)（圖6中的VSYS_REG_MIN）。當(dāng)電池電壓接近VSYS_REG_MIN時(shí)，電池電壓和系統(tǒng)電壓會(huì)彼此緊密跟蹤。因此，無論電池狀態(tài)如何，系統(tǒng)電壓總是保持在一個(gè)窄范圍內(nèi)。圖7顯示了實(shí)際應(yīng)用中的曲線圖。

　　圖7：典型充電曲線（工作條件：VIN = 16V， VBATT 從0V開始爬升， ICHG = 1.84A， ISYS = 1A）

　　反向工作

　　上面討論的電池充電器操作均使用輸入源為電池充電或?yàn)橄到y(tǒng)供電。實(shí)際上還可以反向操作，如USB On-the-Go（OTG）功能。具有USB OTG功能的電池充電器允許設(shè)備的內(nèi)部電池通過設(shè)備輸入端口為設(shè)備供電。

　　MP2731電池充電IC

　　當(dāng)應(yīng)用需要NVDC電源路徑管理和OTG功能時(shí)，MPS提供的MP2731電池充電器IC可以完全滿足需求（見圖8）。

　　圖8：MP2731原理圖和主要特性

　　MP2731是一款全集成電池充電器，它支持上述的充電模式，并具有高效率和出色的散熱性能。

　　圖9：高效率和散熱性能

　　隨著鋰離子電池越來越多地應(yīng)用于現(xiàn)代電器和系統(tǒng)中，不斷評估使它們更高效、更具成本效益變得更加重要。在眾多的架構(gòu)和充電器選擇中，MPS的MP2731等產(chǎn)品可以幫助您簡化設(shè)計(jì)流程。