新興電源應用的電池管理解決方案 - 七大前沿科技技術盤點及典型解決方案匯總

新興電源應用的電池管理解決方案

　　1.電池管理系統(tǒng)概述

　　在便攜式應用中，空間是極其重要的。TI提供的高級解決方案采用QFN和晶圓級芯片規(guī)模封裝并具有很高的集成度，旨在縮減解決方案的外形尺寸。除了減少板級空間占用之外，許多此類解決方案還降低了功率耗散并提高了總體效率。TI的電池管理解決方案可支持多種電池化學組成和電池單元數(shù)量，從普遍使用的鋰離子電池（Li-Ion）技術到業(yè)界標準的鎳氫電池（NiMH）和鉛酸電池等。TI的相關產(chǎn)品支持廣泛的應用，例如：移動電話、智能手機、平板電腦、便攜式消費設備、便攜式導航裝置、筆記本電腦以及諸多工業(yè)和醫(yī)療應用等。TI擁有與您的設計規(guī)范相匹配的電池管理器件，另外，我們還提供了可幫助您的設計更快面市所需的評估板、應用手冊、樣片和數(shù)據(jù)表。

　　2.設計因素

　　電池化學組成－每種電池化學組成具有不同的工作特性，例如：放電模式和自放電速率。TI的電池電量監(jiān)測IC是按照電池化學組成開發(fā)的，以補償這些差異，從而準確地顯示電池中的剩余電能。而且，每種電池化學組成對其充電算法都具有獨特的要求，這對最大限度地擴充其容量、延長電池使用壽命以及提高安全性至關重要。

　　充電控制拓撲結構－簡單的線性拓撲結構非常適合于充電電流小于1A的低功率電池組（例如：單節(jié)或兩節(jié)鋰離子電池）應用。開關模式拓撲結構則理想適用于依靠USB端口執(zhí)行的快速充電或者那些要求充電速率大于1A的大型電池組。開關模式轉換可將充電過程中產(chǎn)生的熱量減至最少。無線電源拓撲結構采用共有磁場，以提供非接觸式功率傳送的優(yōu)勢。無線充電為便攜式設備提供了一種額外的電池充電選項，也可作為其他5V充電電源的替代方案。

　　輸入電壓－IC寬闊的輸入電壓范圍和輸入過壓保護不僅能實現(xiàn)最高的安全性，同時還能允許使用低成本的未穩(wěn)壓墻式適配器。

　　串接電池的數(shù)量－電池組由一串串聯(lián)和并聯(lián)的電池所構成。對于每個串聯(lián)電池或并聯(lián)電池組都必需提供針對過度充電、過度放電和短路狀況的保護作用。

電源管理
電池管理

　　3.電池管理解決方案

　　1）新興電源應用之太陽能充電

　　光伏技術業(yè)已取得重大進步，目前能夠從太陽實現(xiàn)更具成本效益和高效率的能量收集。如今的大多數(shù)太陽能收集均使用高功率設施，這些設施負責向家庭或商業(yè)樓宇提供補充的交流（AC）功率，且通常與公用電網(wǎng)相連。然而，現(xiàn)實中的許多設備和裝置仍未與電網(wǎng)相連接，或者電網(wǎng)本身可靠性欠佳，再或者與交流電源的連接完全不切實際。在這些應用中，利用太陽來給那些負責為離網(wǎng)應用供電的電池實施充電是一種更為實用的解決方案。對于此類應用而言往往需要在成本與光伏效率之間進行權衡。既要最大限度地增加可從太陽能板獲取的功率，同時也必需兼顧總體系統(tǒng)的成本和尺寸。

　　下面的示意圖給出了兩個低成本太陽能充電器應用的實例，其中，電池充電器與簡單的電路實現(xiàn)了集成（以最大限度地提高太陽能板的功率點），并且與用于負載調節(jié)的電路進行了集成。通過增設諸如 LED驅動器等器件，即可開發(fā)簡單的太陽能街燈或太陽能燈籠。由一個USB開關和一個升壓型轉換器構成的實現(xiàn)方案能夠形成一種適合便攜式設備的簡單的太陽能充電器。其他應用可實現(xiàn)用于太陽能供電風扇或泵類的電機驅動器。這些只是TI新型太陽能充電器IC系列所能實現(xiàn)的諸多應用選項當中的一小部分而已。

太陽能充電應用框圖

　　2）新興電源應用之混合動力汽車（HEV）電池管理

　　電池管理電池管理系統(tǒng)（BMS）是HEV整體架構中的要素之一。智能型實現(xiàn)方案不僅能夠延長電池的使用壽命，而且還有望延長汽車采用純電力驅動模式時的行駛距離，對于最終用戶來說這是一個關鍵的賣點。BMS模塊需要具有電池監(jiān)控和電池電量平衡特性，常常通過不同的通信路徑進行連接以確保系統(tǒng)冗余度。另外，內置的溫度管理功能電路對于系統(tǒng)的壽命及安全性來說也是一個至關重要的因素。完整的BMS代表了一種安全關鍵程度很高的功能；因此，可靠的通信和準確的數(shù)據(jù)測量是不可或缺的。

混合動力汽車電池管理

　　3）新興電源應用能量收集

　　由于人們正在開發(fā)各種新型的可替代（離網(wǎng)）能源，因而需要用于收集、存儲和調節(jié)此類電能的電源管理技術。來自諸如光伏板、動力（振動）MEMS和熱電元件（利用了帕爾貼［Peltier］、湯姆遜［Thompson］或塞貝克［Seebeck］效應）等能量源的能量提出了一項挑戰(zhàn)，就是如何將超低的“毫微”級功率轉換至更加可用的水平、并將此能量存儲起來以供日后之用。TI持續(xù)不斷地開發(fā)旨在應對這些能量收集難題的新型電源管理IC，包括超低功耗器件，如LDO和高效升壓型轉換器及電池充電器。這些電源管理器件進一步完善了TI的低功耗MCU及射頻（RF）、放大器和傳感器IC產(chǎn)品線——從而為利用新型超低功率可替代能源供電的系統(tǒng)提供了一種整體解決方案。

能量收集應用框圖

　　4）無線電源

　　作為最早推出符合Qi標準之器件的廠商，TI是新型無線電源市場的領導者。無線電源聯(lián)盟（WirelessPowerConsortium）目前的會員超過81個，TI便是其中之一。該聯(lián)盟正在制定使用Qi標準來實現(xiàn)可互操作型無線充電的國際標準。

　　bqTESLA芯片組使得客戶能夠為其電子設備提供高達5W的功率，因而符合Qi標準。目前，組成bqTESLA芯片組的發(fā)送器和接收器解決方案已經(jīng)達到了規(guī)模生產(chǎn)的要求。bqTESLA接收器系列包括bq51013和bq51011，可輸出5V電壓并利用嵌入式通信技術提供閉環(huán)控制。軟件已被寫入器件，故而無需進行軟件編程。bqTESLA發(fā)送器系列包含bq500210和bq500211，可操作和控制符合Qi標準的無線電源功能。

無線電源應用框圖