模拟前端 (AFE) 监控与保护 IC 用例：锂电池电动两轮车

用例

 

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锂电池的优点

锂电池具有以下三大主要优势：

1. 1. 耐用性强：锂电池的使用寿命是铅酸电池的两倍。
2. 2. 提取方便：锂电池的提取过程轻巧而方便。
3. 3. 环保：锂电池能量密度大，效率比铅酸电池高，续航里程则与石墨烯电池相当。

锂电池的缺点

锂电池的一些优点同时也带来潜在的风险，例如，其高能量密度和电池内部化学物质的强活性，在电池过充、过放或发生其他异常情况时，可能导致电池损坏。在极端情况下，甚至会导致火灾或爆炸。近年来，锂电池两轮车起火事故就频频发生。锂电池的另一个显著缺点是制造工艺昂贵，材料成本高。

锂电池的改进

对锂电池安全问题进行研究后可得出结论，过充、电池单体故障和电气线路短路是导致电动车电气火灾的根本原因。因此，配备可靠的电池管理系统（BMS）对锂电池非常重要。BMS可随时监控锂电池的电压、电流以及其他参数，从而有效降低安全风险。如果BMS监测到相关参数超过阈值，电池主电路将直接关断以保护电池组。

与其他锂电池应用相比，电动两轮车面临更严苛的安全要求，因为其应用环境更加恶劣，震动幅度更大，温度范围也更宽。此外，锂电池两轮车的充电方案往往存在问题，因为很多充电系统来自二级市场，存在很大的安全隐患。

因此，锂电池电动两轮车对BMS的保护需求更高，即更加重视BMS板的鲁棒性（Robust）。当然，成本也需要控制在可接受的范围内。

MP2797介绍

鉴于此，MPS推出了非常适应市场需求的MP2797，这是一款可从安全、成本两方面来帮助两轮车锂电池电量计监控的解决方案（见图1）。

图1: MP2797

MP2797 是一款先进的模拟前端 (AFE) 监控与保护芯片，支持 7 至 16 节串联电池组的连接。MP2797可为两轮车锂电池提供完整的软硬件双重保护，以提升其安全性能。图2为MP2797典型应用电路。.

图2: MP2797典型应用电路

保护功能

MP2797为芯片硬件提供完善的内部保护功能，包括充/放电过流保护（OCP）、短路保护、电池欠压保护（UVP）、电池过压保护（OVP）、电池高/低温保护和芯片高温保护。MP2797集成了全面的芯片硬件保护功能：充放电过流保护（OCP）、单节电芯及电池组的欠压保护（UVP）和过压保护（OVP）、电芯高/低温保护、芯片高温保护等。

监控功能

除了提供全方位的硬件保护，MP2797 还能实时监控电池健康状况，并及时发出预警。值得一提的是，MP2797 还能通过跨电池电压、电流和温度的数据监控来保护软件。

该器件集成了两个独立的模数转换器 (ADC)，可分别对Cell电压和电流进行高精度监测，从而实时掌握电池组状态，提高整体安全性。图3显示了常温下，MP2797的ADC电压测量误差≤5mV，电流误差≤0.5%。

图3: MP2797 的 ADC电压测量误差曲线和电流测量误差曲线

至于电池温度监控，MP2797不仅可以测量芯片的温度，还能复用15位电压采样ADC提供4个通道进行外部 NTC 热敏电阻的温度采样（见图 4）。

图4: 4通道NTC采样

高性价比

MP2797 通过三个关键特性简化了 BOM 并降低了锂电池成本：

• 内置DSG软启动：防止启动电流过大带来的安全隐患，并直接节省了外围预充电电路
• 采用极具特色的高边 (HS) 驱动：可驱动多个并联 N 沟道 MOSFET，与低边 (LS) 驱动相比，节省了隔离电源和信号隔离器件
• 被动电池均衡：内部集成最高58mA 的被动均衡MOSFET ，可满足大部分电动两轮车的均衡需求，降低了外部均衡管的成本并大大节省了 PCB 板面积

结语

本用例回顾了MP2797所具有的高性能、高性价比优势，有效帮助优化电动两轮车的锂电池管理。另外，该器件还具有其他功能特性，包括：

• I²C 或 SPI 接口，支持 8 位循环冗余校验 (CRC)
• 集成上管 FET (HS-FET) 驱动器：
• 可驱动 4 个以上并联 N 通道 MOSFET
• GPIO 或寄存器控制 FET
• 主动或被动电池均衡
• 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
• 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