簡述電池管理系統的組成

　　電池管理系統是指用于監控、控制和保護電池的整體系統，主要由以下幾個組成部分構成：

　　電池管理芯片（Battery Management System，BMS）：BMS 是電池管理系統的核心組件，通常由一個或多個充電管理芯片組成。它負責監測電池的狀態、溫度、電流、電壓等參數，并根據這些數據實時調節充電、放電過程，以保證電池的安全與高效運行。

　　電池模組/單體：電池管理系統中的電池通常由多個電池模組或單體組成。電池模組是若干電池單體按照一定規格和連接方式組裝而成的單元，而電池單體則是電池的最小組成單元。電池模組和單體的數量和配置根據應用和需求而定。

　　溫度傳感器：為了監測電池的溫度變化，電池管理系統通常會配備溫度傳感器。它們可以實時獲取電池的溫度信息，并將數據傳輸給電池管理芯片進行溫度控制和保護。

　　電流傳感器：電流傳感器用于檢測電池的充放電電流。通過實時監測電流的變化，電池管理系統可以精確控制電池的充放電過程，并對電流異常進行保護和處理。

　　電壓傳感器：電壓傳感器用于監測電池的電壓。它們能夠實時檢測電池的電壓狀態，提供準確的電壓數據，以便電池管理系統進行電壓控制和保護。

　　控制單元：控制單元是電池管理系統中的控制核心，負責接收和處理來自傳感器的數據，并根據預設的算法和邏輯進行相應的控制和保護操作。它與電池管理芯片、電源系統等組件進行通信，實現對電池的智能化管理。

　　通信接口：為了與外部設備進行通信和交互，電池管理系統通常會配置通信接口，如CAN總線、RS485、UART等。這些接口使得電池管理系統能夠與其他系統或設備進行數據傳輸、狀態監測和遠程控制。

　　總之，電池管理系統的組成包括電池管理芯片、電池模組/單體、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、控制單元和通信接口等組件，通過監測、控制和保護電池，確保其安全、高效地運行。

? ?鋰離子電池充電管理IC設計方案

　鋰離子（Li-ion）電池之父John B.Goodenough因其開拓性工作于2019年獲得諾貝爾化學獎，從而成為年齡最大的諾貝爾獎獲得者。如今，鋰離子電池已被用于人們生活的各個方面，它們讓電子設備變得更加輕巧耐用。例如，大多數手機都依靠鋰離子電池實現長時間運行、便攜性和方便的充電。 因此，有效地對鋰離子電池充電以實現最大使用率，這一點非常重要。 如何給鋰離子電池充電 首先，讓我們分析一下鋰離子電池的充電過程。其充電過程可分為四個不同的階段：涓流電流充電、預充電、恒流充電和恒壓充電。圖1顯示了典型鋰離子電池的充電曲線。

　　圖1：鋰離子電池充電曲線

　　看起來似乎很簡單，實際上在選擇電池充電解決方案時需要考慮很多參數。圖2顯示了選擇方案時的四個主要注意事項。

　　圖2：電池充電器設計–關鍵注意事項

　　下面將詳細介紹這些注意事項：

　　拓撲

　　電池充電器系統設計人員必須根據輸入電壓范圍、電池配置、充電電流和其他系統級優先級來選擇拓撲（參見圖3）。

　　圖3：電池充電器拓撲

　　例如，大多數便攜式設備都通過USB端口充電。USB有兩種主要類型：

　　USB Type-A： 通常5V@1.5A最大，但可以支持快速充電和其他標準高達12V；

　　USB Type-C： 5V@3A最大，但如果支持USB-PD，這可以增加到20V@5A

　　如果設備通過USB端口充電，則必須始終支持5V工作電壓。舉例來說，對于串聯電池（最大VBATT≥8.4V），請使用升壓或降壓-升壓拓撲。如果設備不是通過USB端口充電，則建議采用降壓拓撲，因為輸入電壓始終超過電池電壓。

　　環路控制

　　電池管理IC的主要挑戰是具有多個控制環路。他們不僅要管理輸入電壓和電流，還必須管理系統功率、電池充電電流和電壓、電池溫度以及其他參數（參見圖4）。例如，系統經常需要根據電池溫度來調節電池充電電流。

　　圖4：電池充電器IC中的各種控制環路

　　電源路徑管理

　　電源路徑管理控制環路根據輸入源的電流能力和系統負載的電流要求動態調整電池充電電流。這樣可確保系統在使用過量電荷為電池充電時接收到所需的電流。

　　圖5：電池充電器系統架構

　　電池充電器根據其特性分為三種典型的架構。

　　第一種為電源直供，架構將電池直接連接到系統電源，它要求電池電壓達到最小系統電壓才能工作。

　　第二種稱為旁路模式，它采用外部開關來管理電池充電和系統路徑。

　　第三種架構為NVDC電源路徑管理。與前兩種架構相比，它具有以下優點，因此更常用：

　　最小系統電壓調節使用低壓電池可瞬間啟動

　　系統始終跟隨電池電壓，以減小系統各部件的電壓應力。

　　當輸入功率有限時，電池可以作為系統的補充。

　　系統可以從電池斷開，以支持運輸模式

　　圖6顯示了NVDC充電器的充電曲線。

　　圖6：帶NVDC功能的鋰離子電池充電曲線

　　當電池電壓相對較低時，系統電壓被調節至最低工作點（圖6中的VSYS_REG_MIN）。當電池電壓接近VSYS_REG_MIN時，電池電壓和系統電壓會彼此緊密跟蹤。因此，無論電池狀態如何，系統電壓總是保持在一個窄范圍內。圖7顯示了實際應用中的曲線圖。

　　圖7：典型充電曲線（工作條件：VIN = 16V， VBATT 從0V開始爬升， ICHG = 1.84A， ISYS = 1A）

　　反向工作

　　上面討論的電池充電器操作均使用輸入源為電池充電或為系統供電。實際上還可以反向操作，如USB On-the-Go（OTG）功能。具有USB OTG功能的電池充電器允許設備的內部電池通過設備輸入端口為設備供電。

　　MP2731電池充電IC

　　當應用需要NVDC電源路徑管理和OTG功能時，MPS提供的MP2731電池充電器IC可以完全滿足需求（見圖8）。

　　圖8：MP2731原理圖和主要特性

　　MP2731是一款全集成電池充電器，它支持上述的充電模式，并具有高效率和出色的散熱性能。

　　圖9：高效率和散熱性能

　　隨著鋰離子電池越來越多地應用于現代電器和系統中，不斷評估使它們更高效、更具成本效益變得更加重要。在眾多的架構和充電器選擇中，MPS的MP2731等產品可以幫助您簡化設計流程。