设计合适的电池管理系统，可以使电池平衡以延长电池的使用寿命

为大型系统(例如电动自行车或储能)供电的电池组由许多串联和并联的电池组成。每个电池在理论上都是相同的，但由于制造公差和化学差异，每个电池的行为通常略有不同。随着时间的推移，由于不同的操作条件和老化，这些差异变得更加显着，通过限制其可用容量或潜在地损坏电池来严重影响电池性能。为了避免这些危险情况，重要的是通过称为电池平衡的过程定期串联电池电压。

被动平衡是均衡电池电压的最常见方法，它需要对充电最多的电池进行放电，直到它们都具有相等的电荷。AFE 中的被动单元平衡可以在外部或内部完成。外部平衡允许更大的平衡电流，但也会增加 BOM。

另一方面，内部平衡不会增加 BOM，但由于散热，它通常会将平衡电流限制在较低的值。在决定内部平衡和外部平衡时，请考虑外部硬件的成本和目标平衡电流。

信元平衡的另一个重要方面是物理连接。例如，MP279x AFE 系列使用相同的引脚进行电压检测和平衡。这显着减小了 IC 尺寸，但意味着不能同时平衡连续的电池，从而增加了执行电池平衡所需的时间。使用专用平衡引脚可减少平衡时间，但会显着增加 IC 尺寸和总体成本。

AFE 安全功能

如本文通篇所述，控制系统保护和故障响应的 AFE 在 BMS 设计中极为重要。在打开或关闭保护 FET 之前，AFE 必须能够检测到这些不良情况。

电池和电池组级故障，例如过压 (OV)、欠压 (UV)、过流 (OC)、短路 (SC)、过温 (OT) 和欠温 ( UT) 故障都应该被监控。但是，AFE 还可以为某些应用提供其他有益的保护和功能。例如，自检允许 IC 检测其内部 ADC 是否出现故障，从而防止系统出现错误测量。当主 MCU 没有响应时，增强的看门狗定时器功能还可确保稳健性和安全性。

MP279x系列以高度可配置性提供上述故障保护，使用户能够为每个故障定义不同的阈值、去毛刺时间和滞后。这些器件还依靠两个不同的比较器来处理 SC 和 OC 故障条件，以最大限度地缩短响应时间。它们还提供故障自动恢复配置，这意味着它们可以自动从大多数故障中恢复，而无需 MCU 采取任何措施。

MP2797 是一款可靠的电池管理器件，提供完整的模拟前端(AFE)监控和保护解决方案。设计用于多节串联电池管理系统(BMS)。该器件支持 I2C 或 SPI 通信。它支持连接 7 节至 16 节串联电池组，特定引脚上的绝对电压超过 80V。

MP2797 集成了两个独立的模数变换器(ADC)。第一个 ADC 通过外部 NTC 热敏电阻测量每个通道的差分电池电压(最多 16 个通道)、芯片温度和 4 通道温度。第二个 ADC 通过外部电流采样电阻测量充电/放电电流。

该器件具有高端驱动器和可靠的保护功能，包括过流保护(OCP)、短路保护(SCP)、电池欠压保护(UVP)、电池过压保护(OVP)和低温/高温保护。所有保护都有可配置阈值。

MP2797 内置的自主状态机通过 ADC 监测数据，来确保电池工作在配置的阈值范围内(安全工作区)。它不仅内置了被动均衡 FET，还可以驱动外部均衡 FET。

它可以根据不同的工作模式来优化基础电流消耗。针对需要满足 IPC 2221B 或 UL 60950-1 标准的应用，在超过一定的电池包电压等级时，需要增加防护涂层。

MP2797 采用 TQFP-48(7mmx7mm)封装。

产品特性和优势

· 支持 7 节至 16 节堆叠式电池

· I2C 或 SPI 接口，支持 8 位循环冗余校验(CRC)

· 模拟前端(AFE)监控器：

· 两个独立的 ADC 提供与电流严格同步的电池和封装电压

· 15 位 ADC，25°C 时总电池测量误差 ≤5mV

· 16 位 ADC，在 25°C 时通过 SRP-SRN 提供 ±0.5%(封装电流和库伦计数)测量误差

· 硬件可编程保护：

· 充电/放电过流保护(OCP)

· 充电/放电短路保护(SCP)

· 电池欠压保护(UVP)和过压保护(OVP)

· 封装欠压保护(UVP)和过压保护(OVP)

· 电池低温/高温保护

· 芯片高温保护

· 集成上管 FET(HS-FET)驱动器：

· 能够驱动 4 个以上并联 N 通道 MOSFET

· 无需预偏置电路可实现 DSG 软启动

· GPIO 或寄存器控制 FET

· 自动或手动电池平衡

· 专用功能：

· 低电流待机模式

· 负载/充电器插入检测

· 高压和低压 GPIO

· 开路检测

· 电池持续失效标记

· 用于保护阈值的可锁定 MTP

· 支持随机电池连接

· 采用 TQFP-48(7mmx7mm)封装

结论

BMS 监控电池组以保护电池和系统的其余部分。不合格的 BMS 不仅会降低系统的安全性，而且还会提供不准确的电池 SoC 管理。这些不准确对产品的最终质量有非常重要的影响，因为它们可能导致潜在的危险故障或对用户体验产生负面影响的故障。为了缓解这些问题，本文解释了设计人员在设计 BMS 时应该期待和寻找什么。详细了解电池管理系统的工作原理以及如何使用 MPS 的BMS 评估套件进行设计。