電動(dòng)兩輪車(chē)作為國內主要的中短途代步工具，截止到2020年，中國市場(chǎng)的保有量已經(jīng)超過(guò)3億輛。這是一個(gè)非常龐大的市場(chǎng)，可以說(shuō)幾乎每家每戶(hù)都有一輛電動(dòng)兩輪車(chē)。針對這樣一個(gè)市場(chǎng)巨大的應用，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?xún)r(jià)比，并且在新國標的驅動(dòng)下將成為電動(dòng)兩輪車(chē)的主流，但不可忽視的是鋰電池相比鉛酸電池而言，危險性更高，若不謹慎對待，很容易發(fā)生失火，爆炸等危險，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(chē)應用，TI提供了有競爭力的BMS解決方案。按照電池串數，我們可以將電動(dòng)兩輪車(chē)大致分為電動(dòng)自行車(chē)(≤16S) 和電摩(>16S)兩類(lèi)。

1.1.1 電動(dòng)自行車(chē)

電動(dòng)自行車(chē)通常為16S及其以下的電池包。以16S電動(dòng)自行車(chē)電池包為例，下圖是一個(gè)典型的基于TI產(chǎn)品的BMS解決方案。關(guān)鍵器件采用了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)現更優(yōu)的BMS設計。

圖1.4 寬輸出范圍直流變換器輸出特性

從結構上看，我們可以大致分為5個(gè)部分：

• 電池監控與保護
• 電池管理與控制
• 充放電功率通路
• 通信與傳感
• 輔助電源

下面針對各個(gè)部分的關(guān)鍵器件進(jìn)行介紹：

電池監控與保護

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

模擬前端：BQ76952

BQ76952是TI最新一代的高串數模擬前端，它支持3-16串的應用。同系列的產(chǎn)品還有BQ76942和BQ769142，分別支持3-10串和3-14串的應用，使用者可按照實(shí)際需要進(jìn)行選擇。BQ769x2集成了過(guò)壓，欠壓，過(guò)溫，過(guò)流，短路等應對各種故障情況下的一次保護。支持I2C、SPI、HDQ等多種通訊方式。集成了內部電池均衡，同時(shí)也支持外部均衡。此外BQ769x2還支持亂序上電，極大節省了產(chǎn)線(xiàn)裝配時(shí)間及其成本。而集成的高邊驅動(dòng)，相比上一代產(chǎn)品BQ769x0，對于高邊保護的應用，可以節省一顆驅動(dòng)IC—BQ76200。并且BQ76952不僅可以和MCU搭配使用，也可以脫離MCU，獨立運行，適用于低成本的應用場(chǎng)合。

二次保護：BQ77216

為了避免因為模擬前端故障，導致電池包處于沒(méi)有保護的危險境地，通常還會(huì )有二次保護，在發(fā)生嚴重故障并且一次保護沒(méi)有動(dòng)作時(shí)，二次保護啟動(dòng)，熔斷保險絲，避免危險發(fā)生。

BQ77216是TI最新的針對電動(dòng)兩輪車(chē)應用所開(kāi)發(fā)的二次保護芯片，也是筆者所知目前為止市面上第一款且唯一一款支持16串的二次保護芯片。以往的方案都是采用若干顆5S的二段保護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省了成本，而且簡(jiǎn)化了設計與布板的難度，提高了PCB的利用率，同時(shí)可靠性也得到了加強。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(méi)有符合的型號，可以聯(lián)系對應的技術(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(lái)進(jìn)行電量的計算，這樣的方法雖然簡(jiǎn)單，但精度不高。而對于中高端的產(chǎn)品，通常還需要電量計提供更加精確的電量計算與顯示。并且大部分場(chǎng)合需要配合MCU進(jìn)行工作，實(shí)現對電池的補充管理和對外的信息交互。

電量計：BQ34Z100

BQ34Z100是獨立于電池節串聯(lián)配置之外工作的電量計解決方案。它通過(guò)一個(gè)外部電壓轉換電路，可支持3V至65V的電池，可對此電路進(jìn)行自動(dòng)控制以減少系統功耗。BQ34Z100器件提供幾個(gè)接口選項，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)警報輸出引腳。此外，BQ34Z100提供對于外部端口擴展器（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)品系列將獨特的嵌入式 FRAM 和整體超低功耗系統架構相結合，從而在保證性能的同時(shí)降低能耗。適合用于電池供電場(chǎng)合，節省電量，延長(cháng)續航。

充放電功率通路

充放電功率管按照電壓電流等實(shí)際需要進(jìn)行選取即可，本文不做贅述。

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 )）物理層標準。所有器件均設計用于數據速率高達2Mbps（兆位每秒）的CAN FD網(wǎng)絡(luò )。配有用于I/O電平轉換的輔助電源輸入（用于設置輸入引腳閾值和 RXD 輸出電平）。該系列具備低功耗待機模式及遠程喚醒請求特性。此外，所有器件均包含許多保護功能，以提高器件和CAN的穩定性。

熱敏電阻：TMP61

TMP61 線(xiàn)性熱敏電阻可在整個(gè)溫度范圍內提供線(xiàn)性度和始終如一的靈敏度，支持使用簡(jiǎn)單而準確的方法進(jìn)行溫度轉換。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。這些器件具有內置的高溫失效防護性能以及對環(huán)境變化的強大抵抗力，設計用于長(cháng)壽命的高性能應用。TMP6系列器件的小巧外形還允許靠近熱源放置，并具有快速響應時(shí)間。

與 NTC 熱敏電阻相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需額外的線(xiàn)性化電路、校準最小化、電阻容差變化更小、高溫下靈敏度更高，以及可節省處理器時(shí)間和內存的簡(jiǎn)化轉換方法。

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用，考慮到高壓差引起的散熱問(wèn)題，仍然需要使用一顆高效率的DC-DC電源芯片，將電池高壓轉換為一個(gè)相對低壓，如5V，再通過(guò)一顆LDO將DC-DC的輸出轉換為低噪聲的電源軌給MCU供電。

DC-DC：LM5164

因為是電池應用，為了最大限度地延長(cháng)電池使用時(shí)長(cháng)，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，可以最大限度節省電池電量，延長(cháng)續航。并且LM5164最大支持100V的輸入電壓，為16串的應用提供安全的耐壓。采用的COT模式控制架構，具備更快的瞬態(tài)響應速度。

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載范圍內，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。

1.1.2 電摩

電摩的方案與電動(dòng)自行車(chē)的方案基本類(lèi)似。電摩和電動(dòng)自行車(chē)的主要區別是電摩的串數通常在16串以上，常見(jiàn)的有17串，20串和24串。因為串數的增加，電動(dòng)自行車(chē)的方案中所采用的單顆BQ76952就不能滿(mǎn)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?xún)r(jià)比。它支持熱插拔，低功耗的雙向I2C隔離器。滿(mǎn)足UL 1577標準，通過(guò)了UL，CSA，CQC，VDE，TUV認證，支持1.7MHz雙向傳輸速率。