MR-BMS771參考設(shè)計：適用于移動機(jī)器人的電池管理系統(tǒng)

一、引言

在移動機(jī)器人領(lǐng)域，可靠的電池管理系統(tǒng)（BMS）至關(guān)重要。NXP的MR - BMS771參考設(shè)計為工程師提供了一個出色的解決方案，適用于評估、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證MC33771C電池單元控制器、S32K1 MCU和NTAG 5近場通信（NFC）接口。本用戶手冊將詳細(xì)介紹該參考設(shè)計的各個方面，包括硬件接口、軟件安裝、工具使用以及電路板配置等內(nèi)容。

文件下載：NXP Semiconductors MR-BMS771智能電池管理系統(tǒng) (BMS).pdf

在移動機(jī)器人的運(yùn)行中，電池管理系統(tǒng)就像是機(jī)器人的“能量管家”，它的重要性不言而喻。一個良好的電池管理系統(tǒng)能夠確保電池的安全使用，避免電池出現(xiàn)過充、過放、過溫等危險情況，從而保障機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)行。就像新能源汽車中的電池管理系統(tǒng)，它通過實(shí)時監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，能夠有效防止電池故障或事故的發(fā)生，增強(qiáng)了電池的安全性。同時，合理的電池管理還可以延長電池的使用壽命，提高能量的利用效率，為機(jī)器人的長時間工作提供有力支持。那么，NXP的MR - BMS771參考設(shè)計在這方面又有哪些獨(dú)特之處呢？讓我們一起深入了解。

移動機(jī)器人電池管理系統(tǒng)MR - BMS771參考設(shè)計全解析

一、引言

在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時代，移動機(jī)器人如無人機(jī)、漫游車等在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。而電池管理系統(tǒng)（BMS）作為移動機(jī)器人的關(guān)鍵組成部分，其性能直接影響著機(jī)器人的運(yùn)行穩(wěn)定性和續(xù)航能力。NXP的MR - BMS771參考設(shè)計就是一款專門為移動機(jī)器人打造的獨(dú)立BMS解決方案，它支持7到14節(jié)電池，具有高精度的電池監(jiān)測和管理能力，能夠?yàn)橐苿訖C(jī)器人提供可靠的電力保障。

三、準(zhǔn)備工作

3.1 套件內(nèi)容

MR - BMS771套件包含了以下物品：

• 裝在防靜電袋中的已組裝和測試好的MR - BMS771板。
• CAN總線終端電阻（DRONE - CAN - TERM）。
• 用于8S到14S電池的未安裝的電池單元連接器，帶有預(yù)壓接電線。
• 4針JST - GH到4針JST - GH的300mm電纜（CAN）。
• 電源輸入和輸出連接器。
• 帶電纜的外部熱敏電阻。
• 小型SSD1306 OLED顯示屏。
• 快速入門指南。
• 用于7到14節(jié)電池的小型電池單元數(shù)量選擇插入板。
• NFC天線。

3.2 額外硬件

除了套件內(nèi)容外，還需要以下硬件：

• 7S到14S的電池組，電壓范圍為15V到59V，電流限制為30A DC（已測試高達(dá)30A DC）。
• 適合該電池的充電器。
• 用于配置電路板的烙鐵。
• PEmicro multilink universal或SEGGER J - Link mini調(diào)試器或其他合適的調(diào)試器。
• 可選的DCD - LZ適配器。

需要注意的是，MR - BMS771板在電池過充時能夠打開充電電路，因此充電器不需要有電池管理系統(tǒng)（BMS）連接器。

3.3 軟件

使用該參考設(shè)計需要安裝軟件，所有列出的軟件都可以在參考設(shè)計信息頁面（http://www.nxp.com/MR_BMS771）上找到。推薦安裝S32 Design Studio for Arm - based MCUs和Model - based design toolbox（MBDT）示例。

四、硬件了解

4.1 MR - BMS771概述

MR - BMS771是一款適用于移動機(jī)器人的獨(dú)立BMS參考設(shè)計，能夠?qū)Σ罘蛛姵貑卧妷汉碗娏鬟M(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)精確的電池充電庫侖計數(shù)和電池溫度測量。它還可以通過DroneCAN/CyphalCAN和/或系統(tǒng)管理總線（SMBus）與飛行管理單元（FMU）進(jìn)行通信。

4.2 MR - BMS771特點(diǎn)

• 支持7S到14S的電池，堆棧電壓范圍為15V到59V。
• 測量電池堆棧和單元電壓、電池充電或放電電流（已測試高達(dá)30A DC）。
• 提供通過約66Ω平衡電阻的被動電池單元平衡選項(xiàng)。
• 具有低漏電流的深度睡眠模式（用于運(yùn)輸和存儲）和低電池電流消耗的自動睡眠模式。
• 支持CAN、I2C和NFC通信。
• 實(shí)現(xiàn)串行線調(diào)試（SWD）和聯(lián)合測試行動組（JTAG）調(diào)試接口，可與標(biāo)準(zhǔn)J - Link和其他調(diào)試器配合使用。
• 實(shí)現(xiàn)DCD - LZ組合調(diào)試控制臺接口，用于PX4 Dronecode和HoverGames平臺。

4.3 框圖

MR - BMS771的框圖展示了其內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)和信號流向，有助于我們理解其工作原理。

4.4 MR - BMS771板特性

超出這些范圍使用可能會導(dǎo)致電路板故障和損壞。

4.5 特色組件

4.5.1 MC33771C：14通道鋰離子電池單元控制器

MC33771C是一款專為汽車和工業(yè)應(yīng)用設(shè)計的鋰離子電池單元控制器IC，能夠?qū)Σ罘蛛姵貑卧妷汉碗娏鬟M(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電池庫侖計數(shù)和電池溫度測量，并通過串行外設(shè)接口（SPI）或傳輸協(xié)議鏈路（TPL）將信息數(shù)字傳輸?shù)轿⒖刂破鬟M(jìn)行處理。其特點(diǎn)包括：

• 9.6V ≤ VPWR ≤ 63V工作電壓，75V瞬態(tài)電壓。
• 可管理7到14節(jié)電池。
• 支持隔離的2.0Mbit/s差分通信或4.0Mbit/s SPI。
• 初始化時可尋址。
• 雙向收發(fā)器，支持多達(dá)63個節(jié)點(diǎn)的菊花鏈連接。
• 最大總電壓測量誤差為0.8mV。
• 同步電池單元電壓/電流測量和庫侖計數(shù)。
• 對電池單元電壓測量進(jìn)行平均。
• 測量總堆棧電壓。
• 七個通用輸入/輸出（GPIO）/溫度傳感器輸入。
• 提供5.0V、5.0mA的參考電源輸出。
• 自動過壓、欠壓和溫度檢測，可路由到故障引腳。
• 集成睡眠模式下的過壓、欠壓和溫度監(jiān)測。
• 集成300mA被動電池單元平衡和診斷功能。
• 支持熱插拔。
• 檢測內(nèi)部和外部故障，如開路、短路和泄漏。
• 設(shè)計支持ISO 26262，最高可達(dá)ASIL D安全系統(tǒng)。
• 符合AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)。

4.5.2 連接器

電路板的硬件配置可以通過焊接電池單元選擇板（J32到J38在J31上）來完成。

4.5.3 編程和調(diào)試

可以通過DCD - LZ連接器（J19）或JTAG連接器（J2）對MR - BMS771板進(jìn)行編程和調(diào)試。DCD - LZ結(jié)合了調(diào)試接口和調(diào)試串行控制臺，用于RDDRONE - FMUK66（HoverGames），更多信息可參考HoverGames gitbook。

4.5.4 LED

MR - BMS771板上有一個RGB LED，可用于狀態(tài)指示，通過不同的顏色組合和閃爍模式來表示電池和系統(tǒng)的狀態(tài)。還有兩個紅色CAN LED，可指示CAN總線的狀態(tài)。

4.5.5 外部顯示屏

可以使用外部顯示屏來顯示重要的電池信息，該顯示屏可以連接到J23。該引腳可以提供3.3V（D34）或5.0V（D35）的電源，通過切換二極管可以選擇使用3.3V或5V。MR - BMS771板套件中提供了一個SSD1306 OLED顯示屏。

4.5.6 外部和附加組件

• 外部組件：可以使用連接器J1、J39或J40在MR - BMS771板上添加可選的外部溫度傳感器，用于監(jiān)測電池組內(nèi)電池單元的溫度。

• 附加組件：設(shè)計中包含了一些未安裝在MR - BMS771原始板上的組件，這些組件在原理圖和物料清單上標(biāo)記為DNP。具體的附加組件及其用途如下表所示：	功能	描述	標(biāo)簽
  散熱片	為了散發(fā)更多熱量，可以在電路板底部安裝散熱片，推薦使用HSB30 - 373710。	無
  CAN總線上的可選終端電阻網(wǎng)絡(luò)	每個CAN線上連接一個60.4Ω電阻和一個4700pF電容到地（分裂終端）。	R49, R50, C66
  電池單元測量連接上的電容	根據(jù)使用的電池單元數(shù)量，可以在電池單元電壓測量連接上添加濾波器電容。	C6, C12, C18, C22, C26, C29, C34
  外部溫度傳感器上的電容	如果使用外部溫度傳感器，可以在其低通濾波器上添加兩個電容，以滿足更嚴(yán)格的電磁兼容性（EMC）要求。	C49, C54
  電池單元平衡連接上的電容	根據(jù)使用的電池單元數(shù)量，可以在電池單元平衡電路上添加電容，以提高EMC性能。	C99, C100, C101, C102, C103, C104, C105, C106, C107
  外部NFC天線	作為印刷電路板（PCB）NFC天線的替代選項(xiàng)，用于擴(kuò)展操作范圍。	L2
  柵極驅(qū)動器RS引腳上的電阻	將柵極驅(qū)動器RS引腳連接到MCU的電阻。	R99
  MCU擴(kuò)展頭	額外的MCU引腳連接到一個2 x 7的引腳插槽，可用于連接額外的電池電量LED、緊急按鈕等。	J21
  喚醒跳線	用于SBC喚醒的跳線（與按鈕并聯(lián)）。	J22

4.5.7 測試點(diǎn)定義