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典型吸尘器/扫地机器人BMS拓扑

[ 热门新闻 ] 吸尘器 2021-12-13 12:00:54

近年来,无绳吸尘器和扫地机器人越来越普及,给人们的生活带来了极大的便利。而电池包作为吸尘器和扫地机器人的核心部件,不仅关系到产品的使用体验,同时也关系到用户的生命安全,因此需要格外地关注。

无绳吸尘器电池包目前市面上主要为7串电池组,有时也会为5串或6串。而扫地机器人的电池包,目前主流则为4串。根据不同的需求,可以将吸尘器/扫地机器人电池组的BMS拓扑分为三类:电量计型,模拟前端+MCU型,硬件保护型。下面分别对这三种BMS拓扑以及相应的TI产品进行介绍。

  1. 电量计型如1所示为电量计型BMS拓扑示意图。仅电量计单颗芯片,结合电流采样电阻,保护开关构成电池包。该方案的优点是使用单颗芯片即可实现电量计算,电池监控以及保护。
  2. 



图1. 电量计型BMS拓扑

图1中采用的电量计为BQ40Z80。该电量计支持2-6s电池组,采用TI特有的阻抗跟踪算法,电量精度可达1%,并且能够对电池老化进行跟踪,在电池老化的情况下仍然能够保证高电量精度。BQ40Z80集成了过压,欠压,过流,短路,过温,欠温等20多种保护功能,可以对电池进行全方位的保护。而集成的高边驱动则可以保证即使在保护触发后,电量计仍然能够和主机进行通信。此外,BQ40Z80还集成了内部均衡电路,保证了不同电芯之间的电量均衡,延长了设备的整体续航时间,提升用户体验。

此外,对于4串的电池包,还可以使用BQ40Z50,支持2-4s,功能和BQ40Z80类似,感兴趣的读者可以在TI官网上查找完整的产品资料,本文不再赘述。

  1. 模拟前端+MCU型

图2所示为模拟前端+MCU型BMS拓扑示意图。该拓扑与电量计型类似,只是将电量计替换为模拟前端和MCU。该拓扑和电量计型拓扑相比,该方案不再自带电量计算功能,但仍可通过MCU结合电压电流采样数据进行电量计算,电量精度取决于采样精度和电量算法。

图2. 模拟前端+AFE型BMS拓扑

图2中采用的模拟前端为BQ76942,支持3-10s应用。BQ76942同样集成了过压,欠压,过流,短路,过温,欠温等多种保护功能,可以对电池进行全方位的保护。集成的高边驱动则可以保证即使在保护触发后,仍然能够和主机进行通信。此外,BQ76942也集成了内部均衡电路,保证了不同电芯之间的电量均衡,延长了设备的整体续航时间。对于低边保护方案,推荐使用TI的BQ76930 (6-10s)和BQ76920 (3-5s),当然也可以和TI的高边驱动BQ76200搭配使用,实现高边保护。对于MCU,TI的430系列有丰富的产品,可以满足各种应用需求,因本文主要聚焦模拟产品,就不在此赘述。

  1. 硬件保护型

图3所示为硬件保护型BMS拓扑示意图。仅由保护IC,结合电流采样电阻,保护开关构成电池包。该方案的优点很明显: 简单,价格便宜。但缺点同样明显: a. 功能有限,仅支持保护功能,并且保护值不可配置,灵活性较差; b. 不具备电量计算功能,需要主机端额外具备电量计算能力。因此该拓扑更适合应用于低成本或者主机侧能力较强的场合。

图3. 硬件保护型BMS拓扑

图3中采用的保护IC为BQ77915,支持3-5s应用,对于5s及以上串数的应用,可以将若干BQ77915级联使用,最多可支持20s。BQ77915集成了过压,欠压,过流,短路,过温,欠温等多种保护。过流保护延时是可配置的。并且BQ77915也集成了内部电池均衡电路,可保证不同电芯之间的电量均衡,延长了设备的整体续航时间。

若实际应用不需要电池均衡,则可以选择性价比更高的BQ77905。

上述两款保护IC,TI均提供了不同配置的型号供客户选择,若现有型号仍然不能满足实际应用的需求,可联系对应的销售团队进行定制满足要求的产品。

另外,某些产品会对保护提出更高的要求,需要具备二段保护,来进一步提高电池包的防护等级。对于有二段保护需求的用户,推荐使用TI的BQ7718系列产品,和BQ77915一样,TI提供了多种配置供用户选择,并且若产品列表里没有合适的型号,同样可以联系对应的销售团队进行定制。