電動(dòng)兩輪車作為國內(nèi)主要的中短途代步工具，截止到 2020 年，中國市場的保有量已經(jīng)超過 3 億輛。這是一個(gè)非常龐大的市場，可以說幾乎每家每戶都有一輛電動(dòng)兩輪車。針對這樣一個(gè)市場巨大的應(yīng)用，本文將對 TI 的典型 BMS 解決方案進(jìn)行介紹。

雖然鋰電池相比鉛酸電池具有更高的能量密度和性價(jià)比，并且在新國標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下將成為電動(dòng)兩輪車的主流，但不可忽視的是鋰電池相比鉛酸電池而言，危險(xiǎn)性更高，若不謹(jǐn)慎對待，很容易發(fā)生失火，爆炸等危險(xiǎn)，因此這也對 BMS 解決方案提出了更高的要求。

面對由鋰電池組提供動(dòng)力的電動(dòng)兩輪車應(yīng)用，TI 提供了有競爭力的 BMS 解決方案。按照電池串?dāng)?shù)，我們可以將電動(dòng)兩輪車大致分為電動(dòng)自行車 （≤16S） 和電摩 （》16S） 兩類。

電動(dòng)自行車

電動(dòng)自行車通常為 16S 及其以下的電池包?；?TI 產(chǎn)品的 BMS 解決方案，關(guān)鍵器件采用 TI 的最新產(chǎn)品，具有更低成本的同時(shí)具備更高的性能，幫助大家實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的 BMS 設(shè)計(jì)。

從結(jié)構(gòu)上看，我們可以大致分為 5 個(gè)部分：

電池監(jiān)控與保護(hù)

電池管理與控制

充放電功率通路

通信與傳感

輔助電源

其中，充放電功率按照電壓電流等實(shí)際需要進(jìn)行選取即可，本文不做贅述。下面針對其他各個(gè)部分的關(guān)鍵器件進(jìn)行介紹：

電池監(jiān)控與保護(hù)

該部分主要包括模擬前端和二次保護(hù)芯片。該部分主要是對每一節(jié)電池進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)，防止電池超出安全工作區(qū)，引發(fā)危險(xiǎn)。

模擬前端：BQ76952

BQ76952 是 TI 最新一代的高串?dāng)?shù)模擬前端，它支持 3-16 串的應(yīng)用。同系列的產(chǎn)品還有 BQ76942 和 BQ769142，分別支持 3-10 串和 3-14 串的應(yīng)用，使用者可按照實(shí)際需要進(jìn)行選擇。BQ769x2 集成了過壓，欠壓，過溫，過流，短路等應(yīng)對各種故障情況下的一次保護(hù)。支持 I2C、SPI、HDQ 等多種通訊方式。集成了內(nèi)部電池均衡，同時(shí)也支持外部均衡。此外 BQ769x2 還支持亂序上電，極大節(jié)省了產(chǎn)線裝配時(shí)間及其成本。而集成的高邊驅(qū)動(dòng)，相比上一代產(chǎn)品 BQ769x0，對于高邊保護(hù)的應(yīng)用，可以節(jié)省一顆驅(qū)動(dòng) IC—BQ76200。并且 BQ76952 不僅可以和 MCU 搭配使用，也可以脫離 MCU，獨(dú)立運(yùn)行，適用于低成本的應(yīng)用場合。

二次保護(hù)：BQ77216

為了避免因?yàn)槟M前端故障，導(dǎo)致電池包處于沒有保護(hù)的危險(xiǎn)境地，通常還會(huì)有二次保護(hù)，在發(fā)生嚴(yán)重故障并且一次保護(hù)沒有動(dòng)作時(shí)，二次保護(hù)啟動(dòng)，熔斷保險(xiǎn)絲，避免危險(xiǎn)發(fā)生。

BQ77216 是 TI 最新的針對電動(dòng)兩輪車應(yīng)用所開發(fā)的二次保護(hù)芯片，也是筆者所知目前為止市面上第一款且唯一一款支持 16 串的二次保護(hù)芯片。以往的方案都是采用若干顆 5S 的二段保護(hù) IC，如 BQ7718 加上一些外圍的邏輯以及阻容進(jìn)行級聯(lián)使用。單芯片的方案不僅節(jié)省了成本，而且簡化了設(shè)計(jì)與布板的難度，提高了 PCB 的利用率，同時(shí)可靠性也得到了加強(qiáng)。BQ77216 有多種配置可選，使用者可以按照實(shí)際需要選擇合適的型號，若沒有符合的型號，可以聯(lián)系對應(yīng)的技術(shù)支持進(jìn)行定制。

電池管理與控制

該部分主要包括電量計(jì)和微控制器。對于一些低端產(chǎn)品，通常會(huì)選用電壓查表法來進(jìn)行電量的計(jì)算，這樣的方法雖然簡單，但精度不高。而對于中高端的產(chǎn)品，通常還需要電量計(jì)提供更加精確的電量計(jì)算與顯示。并且大部分場合需要配合 MCU 進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)對電池的補(bǔ)充管理和對外的信息交互。

電量計(jì)：BQ34Z100

BQ34Z100 是獨(dú)立于電池節(jié)串聯(lián)配置之外工作的電量計(jì)解決方案。它通過一個(gè)外部電壓轉(zhuǎn)換電路，可支持 3V 至 65V 的電池，可對此電路進(jìn)行自動(dòng)控制以減少系統(tǒng)功耗。BQ34Z100 器件提供幾個(gè)接口選項(xiàng)，其中包括一個(gè) I2C 從接口、一個(gè) HDQ 從接口、一個(gè)或者四個(gè)直接 LED 接口、和一個(gè)警報(bào)輸出引腳。此外，BQ34Z100 提供對于外部端口擴(kuò)展器（支持多于四個(gè) LED）的支持。

處理器：MSP430FR2155DBT

MSP430FR215x 微控制器 （MCU） 均屬于 MSP430MCU 超值系列超低功耗低成本器件產(chǎn)品系列將獨(dú)特的嵌入式 FRAM 和整體超低功耗系統(tǒng)架構(gòu)相結(jié)合，從而在保證性能的同時(shí)降低能耗。適合用于電池供電場合，節(jié)省電量，延長續(xù)航。

通信與傳感

該部分主要包括 CAN 通信收發(fā)器和熱敏電阻。

CAN 通信收發(fā)器：TCAN1042HV

這款 CAN 收發(fā)器系列符合 ISO1189-2 （2016） 高速 CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）物理層標(biāo)準(zhǔn)。所有器件均設(shè)計(jì)用于數(shù)據(jù)速率高達(dá) 2Mbps（兆位每秒）的 CAN FD 網(wǎng)絡(luò)。配有用于 I/O 電平轉(zhuǎn)換的輔助電源輸入（用于設(shè)置輸入引腳閾值和 RXD 輸出電平）。該系列具備低功耗待機(jī)模式及遠(yuǎn)程喚醒請求特性。此外，所有器件均包含許多保護(hù)功能，以提高器件和 CAN 的穩(wěn)定性。

熱敏電阻：TMP61

TMP61 線性熱敏電阻可在整個(gè)溫度范圍內(nèi)提供線性度和始終如一的靈敏度，支持使用簡單而準(zhǔn)確的方法進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。器件的低功耗和較小的熱質(zhì)量可最大限度地減小自發(fā)熱的影響。這些器件具有內(nèi)置的高溫失效防護(hù)性能以及對環(huán)境變化的強(qiáng)大抵抗力，設(shè)計(jì)用于長壽命的高性能應(yīng)用。TMP6 系列器件的小巧外形還允許靠近熱源放置，并具有快速響應(yīng)時(shí)間。

與 NTC 熱敏電阻相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：無需額外的線性化電路、校準(zhǔn)最小化、電阻容差變化更小、高溫下靈敏度更高，以及可節(jié)省處理器時(shí)間和內(nèi)存的簡化轉(zhuǎn)換方法。

輔助電源

BQ769x2 集成了兩個(gè)輸出可配置的 LDO。但是對于高壓大電流的應(yīng)用，考慮到高壓差引起的散熱問題，仍然需要使用一顆高效率的 DC-DC 電源芯片，將電池高壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)相對低壓，如 5V，再通過一顆 LDO 將 DC-DC 的輸出轉(zhuǎn)換為低噪聲的電源軌給 MCU 供電。

DC-DC：LM5164

因?yàn)槭请姵貞?yīng)用，為了最大限度地延長電池使用時(shí)長，所以對芯片的靜態(tài)功耗要求較高。LM5164 空載靜態(tài)電流極低，僅為 10.5uA，可以最大限度節(jié)省電池電量，延長續(xù)航。并且 LM5164 最大支持 100V 的輸入電壓，為 16 串的應(yīng)用提供安全的耐壓。采用的 COT 模式控制架構(gòu)，具備更快的瞬態(tài)響應(yīng)速度。

LDO：TLV70433

TLV704 系列 LDO 具有極低的靜態(tài)電流，僅為 3.2uA。并且在全溫度以及全負(fù)載范圍內(nèi)，靜態(tài)功耗也基本是恒定的，是低功耗微控制器，如 MSP430，理想的供電電源。

電摩

電摩的方案與電動(dòng)自行車的方案基本類似。電摩和電動(dòng)自行車的主要區(qū)別是電摩的串?dāng)?shù)通常在 16 串以上，常見的有 17 串，20 串和 24 串。因?yàn)榇當(dāng)?shù)的增加，電動(dòng)自行車的方案中所采用的單顆 BQ76952 就不能滿足需求。這就需要將兩顆 BQ769x2 進(jìn)行級聯(lián)使用，同樣的 BQ77216 也需要進(jìn)行級聯(lián)使用。并且級聯(lián)使用后還需要用到一顆隔離 I2C 進(jìn)行兩顆 BQ769x2 之間的隔離通信。

隔離 I2C：ISO1640

ISO164x 系列是 TI 最新的 I2C 隔離器，具備更高的性價(jià)比。它支持熱插拔，低功耗的雙向 I2C 隔離器。滿足 UL 1577 標(biāo)準(zhǔn)，通過了 UL，CSA，CQC，VDE，TUV 認(rèn)證，支持 1.7MHz 雙向傳輸速率。

原文標(biāo)題：技術(shù)干貨｜進(jìn)階的電動(dòng)兩輪車：更低成本，更高性能的 BMS 解決方案

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