通過電池供電的電動(dòng)工具、真空吸塵器、電動(dòng)自行車和野營(yíng)戶外電源等應(yīng)用讓人們的現(xiàn)代生活變得更加便利。而隨著無(wú)線充電越來越廣泛的應(yīng)用，鋰電池的安全性也成為人們的關(guān)注點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員們不斷探索電池監(jiān)測(cè)與保護(hù)的最佳解決方案。

電池組由多節(jié)鋰電池串聯(lián)而成。鋰離子電池有三種不同類型的失效事件：內(nèi)部短路、高溫和過壓（OV）。任何一個(gè)失效事件都可能導(dǎo)致電池溫度達(dá)到特定的閾值，并觸發(fā)一系列內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生熱量和氣體，最終導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。

MP2797 是一款功能強(qiáng)大的電池管理器件，它提供可管理 7 至 16 節(jié)串聯(lián)電池的電池管理系統(tǒng) (BMS)，能夠預(yù)防電池失效事件的發(fā)生并保證電池安全。MP2797 提供全面的模擬前端 (AFE) 監(jiān)測(cè)與保護(hù)、I2C 或 SPI 通信，并支持 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC)。

電池電壓和電流監(jiān)測(cè)

高精度的電池電壓與電流監(jiān)測(cè)對(duì)實(shí)時(shí)獲取電池組狀態(tài)并保證電池的安全使用至關(guān)重要。MP2797 集成了兩個(gè)獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)：一個(gè) 15 位 ADC 和一個(gè) 16 位 ADC。

15 位 ADC 通過測(cè)量每個(gè)通道（最多 16 個(gè)通道）的差分電池電壓來監(jiān)測(cè)電池電壓。室溫下的ADC 電壓測(cè)量誤差為 ±5mV。

圖 1 顯示了電池電壓測(cè)量和電流測(cè)量的誤差曲線。

與此同時(shí)，16 位 ADC 則通過外部電流采樣電阻器測(cè)量充/放電電流，以此來監(jiān)測(cè)電流。室溫下的ADC 測(cè)量誤差不超過 0.5%。

圖 1：電池電壓測(cè)量和電流測(cè)量的誤差曲線

電池溫度監(jiān)測(cè)

電池內(nèi)阻和電池布局等因素會(huì)導(dǎo)致充放電過程中電池溫度與環(huán)境溫度之間產(chǎn)生差異。由于電池在不同溫度下的壽命不同，因此了解多串電池組內(nèi)電池的溫度非常有用。

除了測(cè)量芯片的溫度外，MP2797 還可以多路復(fù)用 15 位 ADC ，以提供4個(gè)通道對(duì)外部 NTC 熱敏電阻的溫度進(jìn)行采樣。

圖2: 4通道NTC采樣

電池平衡管理

長(zhǎng)時(shí)間的電池組充/放電會(huì)導(dǎo)致單電池的電壓不平衡，化學(xué)阻抗也會(huì)產(chǎn)生偏差。如果電池組繼續(xù)使用不平衡的電池，整個(gè)電池組的使用壽命都可能會(huì)縮短。如果單電池之間的電壓差異很大，則需要實(shí)施電池平衡以盡量減少這種不一致性。

MP2797 集成了一個(gè)電池平衡 MOSFET，可以支持電流高達(dá) 50mA 的內(nèi)部平衡。驅(qū)動(dòng)外部平衡 MOSFET 則可以實(shí)現(xiàn)更大的平衡電流。

圖 3 顯示了一個(gè)外部平衡參考電路。

圖3: 電池平衡參考電路

電池保護(hù)

MP2797 為電池組提供全面可靠的保護(hù)，其所有保護(hù)閾值均可配置。這些強(qiáng)大的保護(hù)功能包括：

充放電過流保護(hù)（OCP）

充放電短路保護(hù)（SCP）

單電池欠壓保護(hù)（UVP）和過壓保護(hù)（OVP）

電池組UVP 和 OVP

單電池低溫/高溫保護(hù)

芯片高溫保護(hù)

MP2797 還集成了一個(gè)高端 (HS) 驅(qū)動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)的 N 溝道 MOSFET。與低端（LS）驅(qū)動(dòng)相比，HS驅(qū)動(dòng)可以在與微控制器單元（MCU）保持通信的同時(shí)觸發(fā)保護(hù)，從而確保系統(tǒng)持續(xù)獲取電池組的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

此外，MP2797 還可以在無(wú)需預(yù)偏置電路的情況下軟啟動(dòng)放電 MOSFET。

圖4所示為MP2797的典型應(yīng)用電路。

圖 4：MP2797 典型應(yīng)用電路

附加功能和特性

MP2797 還提供一系列的專用功能，包括低電流待機(jī)模式、負(fù)載/充電器插入檢測(cè)、高壓和低壓 GPIO、開路檢測(cè)和連續(xù)電池故障標(biāo)記。該器件還提供用于保護(hù)閾值的可鎖定多次可編程 (MTP) 存儲(chǔ)器，同時(shí)支持隨機(jī)電池連接。 它采用 TQFP-48 (7mmx7mm) 封裝（見圖 5）。

圖5: MP2797 IC

設(shè)計(jì)方案

MP2797 與 MPF42790 MIPF42790 兼容。 MPF42790 MIPF42790 是一款 2 至 16 節(jié)堆疊式電池組電量計(jì)（見圖 6）。MPF42790 MIPF42790 提供了靈活的設(shè)計(jì)方案，它可以利用系統(tǒng) MCU 提供電池組讀數(shù)，因此可與任意類型的 AFE 配合使用。

圖 6：MPF42790 MIPF42790 典型應(yīng)用電路

結(jié)語(yǔ)

MP2797能夠提供高精度電池電壓與電流監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)和電池平衡功能，同時(shí)具備全面的保護(hù)功能。鋰電池安全對(duì)電池供電應(yīng)用的重要性不斷提高，MPS將持續(xù)提供豐富的電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與保護(hù)解決方案，助力確保電池安全，并延長(zhǎng)電池壽命。

審核編輯：彭菁