昨日已經為大家講解恩智浦基于ISO26262標準、支持多種網絡拓撲的BMS整體方案，同時還有意法半導體面向車載信息娛樂、音視頻多媒體播放、整合高速CAN功能的電源管理IC，凌力爾特最新高度精準的電池組監(jiān)視器+SmartMesh? 無線網格網絡組合的無線BMS系統。目前，電池管理系統主要發(fā)展趨勢，除了監(jiān)測電池工作狀態(tài)參數以外，還應具有精準估算電池荷電狀態(tài)（SOC）、電池健康狀態(tài)（SOH）、通訊、電池故障診斷、電池組均衡控制、電池狀態(tài)監(jiān)測人機界面等方面的功能。BMS通過與整車控制器通訊，能達到優(yōu)化駕駛，防止過度放電；與充電機結合能夠優(yōu)化充電。電池管理系統也正向著集成化、低能耗、智能化、高可靠性方向發(fā)展。

微芯科技（Microchip）電源管理解決方案

系統負載均衡+鋰電池充電管理的高集成單芯片MCP73871

在通常的電池供電系統設計中，大多數采用的方法是將系統負載與電池直接連接。系統負載會使鋰離子電池不斷放電，從而縮短了電池生命周期。Microchip 的 MCP73871 旨在克服鋰離子電池供電應用的這些設計挑戰(zhàn)。MCP73871 是一款尺寸緊湊且功能豐富的單芯片解決方案。該器件非常適合用于設計小型系統，同時還可以延長系統運行時間和電池壽命。

MCP73871 典型應用

MCP73871 器件是一款用于系統負載均衡和鋰離子/鋰聚合物電池充電管理的完全集成線性解決方案，可以選擇交流/直流墻式適配器或 USB 端口電源。此外，它還可以在輸入電源和電池之間進行自主電源選擇。該器件不僅物理體積小而且需要的外部元件少，因此非常適合于便攜式應用。MCP73871 器件可以自動從單節(jié)鋰離子電池或輸入電源（交流/直流墻式適配器或 USB 端口）獲取系統負載的電源。MCP73871 器件完全遵從 USB 規(guī)范規(guī)定的電流消耗限制。使用交流/直流墻式適配器為系統供電時，外部電阻將設置最大幅值為 1A 的充電電流，同時支持系統負載和電池充電電流之和最高為 1.8A 的總電流。

MCP73871 器件采用恒流/恒壓（CC/CV）充電算法，具有可選的充電終止點。提供 4 種固定的恒壓穩(wěn)壓選項：4.10V、4.20V、4.35V 或 4.40V，以適應新興的電池充電需求。在高功耗或高環(huán)境溫度條件下，MCP73871 器件還可以基于裸片溫度限制充電電流。這種熱調節(jié)功能可以優(yōu)化充電周期時間，同時還可以保持器件的可靠性。

MCP73871 器件包含了一個電池低電量指示器、一個電源正常指示器和兩個充電狀態(tài)指示器，可以使用 LED 進行顯示或與主控單片機進行通信。MCP73871 器件支持 -40°C 至 +85°C 的環(huán)境溫度范圍。

此外，微芯開發(fā)的MCP73871 評估板，幫助產品設計人員采用頗受歡迎的 Microchip 帶系統負載均衡功能的分立式鋰離子電池充電管理控制器來簡化產品的設計，縮短產品的設計時間。

MCP73871 的系統電源通路管理應用

MCP73871 評估板能實現如Microchip 的分立式線性鋰離子電池充電器的系統電源通路和負載均衡管理控制的解決方案。當斷開輸入電源時，鋰離子電池也能給系統負載供電。

MCP73871 評估板實現功能

支持USB應用的8位低成本PIC單片機

針對電源管理系統設計，微芯推出系列的智能充電管理控制器，如適用于便攜充電應用的MCP73871，8 位閃芯、支持USB便攜應用的PIC16F1xxx系列單片機（如PIC16F1933）。PIC18F1XK50 MCU系列提供USB主機監(jiān)控功能，能在PIC單片機與USB沒有連接時設定“休眠”模式或其他電源管理模式，從而進一步減少能耗。目前，微芯提供成本最低的USB單片機，包含業(yè)界最全面的8位、16位及32位USB單片機產品線，所有PIC單片機提供單一集成的開發(fā)環(huán)境MPLAB? IDE支持。

MCP73871 充電管理控制器（評估板）

目前成本最低、支持USB應用的8位PIC單片機——PIC18F14K50

微芯充電管理系列部分產品示例

英飛凌（Infineon）主動均衡解決方案

英飛凌的主動平衡解決方案是針對鋰電充放電進行主動均衡處理的智能型方案。該方案采用特制變壓器來將電池單體中的能量轉移到電池包中，或者在各個電池包中轉移，可以幫助提高能源效率，減少電池單體不一致而產生的問題，并將電池使用時間提高至少10%，對降低整個電池系統的成本起到極大作用。

目前，應用在主動均衡上的做法，主要有基于電容均衡、電感均衡、DC-DC均衡等幾種方式。

基于電容的的均衡在電路失效的時候不會造成電池的過放，不過主動均衡電容充當電量搬用工，需要超級電容。超級電容的成本也很高，耐壓卻不高。容易出現老化，損壞等問題。 超級電容的壽命也存在問題。另外這種方式均衡的時候，電壓壓差越小均衡效率越低。可靠性無法保證。

基于電感的均衡存在一個風險， 就是均衡開關打開的時候出現死機或者意外控制型號失靈的狀態(tài)，會引起大電流損壞電路?？煽啃詿o法保證。

下面介紹由英飛凌公司基于變壓器的主動均衡方案（互感充放電）。

目前，主動均衡的做法有很多，但均需要一個用于轉移能量的存儲元件。如果用電容來做存儲元件，將其與所有電池單元相連就需要龐大的開關陣列。更有效的方法是將能量存儲在一個磁場中。該電路中的關鍵元件是一個變壓器。

其中，英飛凌設計的變壓器能在電池單元之間轉移能量，并將多個單獨的電池單元電壓復接至一個基于地電壓的模數轉換器（ADC）輸入端。變壓器實用模型支持多達 12 個電池單元，開關則采用低導通電阻 OptiMOS3 系列 MOSFET。

電池管理模塊原理圖

上圖每個模塊都受英飛凌公司的 8 位先進微控制器 XC886CLM 控制。這種微控制器自帶閃存程序和一個32KB的數據存儲器。此外，微控制器還有兩個基于硬件的CAN接口，支持通過公共汽車控制器局域網（CAN）總線協議與下面的處理器負載通信，包含一個基于硬件的乘除法單元，可用于加快計算過程。

由于變壓器可以雙向工作，所以可以根據不同情況采取不同的均衡方法。在對所有電池單元進行電壓掃描之后（電壓掃描的細節(jié)將在后面介紹），計算平均值，然后檢查電壓偏離平均值最大的電池單元。如果其電壓低于平均值，就采用底部平衡法（bottom-balancing），如果其電壓高于平均值，就采用頂部平衡法（top-balancing）。

底部平衡法：當對所有電池單元掃描后，發(fā)現某個電池是最弱單元（比如電池2），則必須對其進行增強，此時閉合主開關（“prim”），電池組開始對變壓器充電。主開關斷開后，變壓器存儲的能量就可以轉移至選定的電池單元。相應的次級（“sec”）開關——在本例中是開關sec2——閉合后，就開始能量轉移。具體如下圖所示：

鋰離子電池的底部充電平衡原理

頂部平衡法：如果某個電池單元的電壓高于其他單元，那么就需要將其中的能量導出，這在充電模式下尤其必要。如果不進行平衡，充電過程在第一塊電池單元充滿之后就不得不立即停止。采用平衡之后則可以通過保持所有電池單元的電壓相等而避免發(fā)生過早停止充電的情況。

鋰離子電池的頂部充電平衡原理

上圖給出了頂部平衡模式下的能量流動情況。在電壓掃描之后，發(fā)現電池單元5是整個電池組中電壓最高的單元。此時閉合開關sec5，電流從電池流向變壓器。由于自感的存在，電流隨時間線性增大。而由于自感是變壓器的一個固有特性，因此開關的導通時間就決定了能夠達到的最大電流值。電池單元中轉移出的能量以磁場的形式得到存儲。在開關sec5斷開后，必須閉合主開關。此時，變壓器就從儲能模式進入了能量輸出模式。能量通過巨大的初級線圈送入整個電池組。頂部平衡法中的電流和時序條件與底部平衡法非常類似，只是順序和電流的方向與底部平衡法相反。