Appearance
BMS模块概述
BMS相关的常用芯片。
目标
本文将设计实现以下电路：
- 基本的充放电、过充过流保护；
- 电池与 USB 双电源供电；使用时自动切换供电电源；适合 1~2 节锂电池；
- 适用于磷酸铁锂电池的 BMS，适合部分中高电压场景；
- PMIC：温度监测、放电不均衡、个别电池损害的管理；接近车规级应用场景；
- 两个通用的可调 BMS 电路和代码；
应用场景
- 通过 1~2 节锂电池供电，也可以 USB 5V 供电；插入 USB 时对锂电池充电；
- 手持小电风扇，儿童玩具，电子烟充电器；
- 部分小型传感器设备，例如红外热成像仪，湿度计等；
- 大学生竞赛作品；
- 充电宝/储能站产品：支持 3~10 节 18650 锂电池不等。
- 手电转、手持钻，家用咖啡研磨机等小家电。
- 公路小型电瓶车/电动车，磷酸铁锂电池的大容量 BMS。
- 重负载型 AGV，承重超过几百公斤甚至上吨，可接入 220V 市电充电。
- 无人机/无人船电池。
电池管理芯片
| 芯片 | 支持节数与电池类型 | 输入电压 | 充电电流 | 工作温度 |
|---|---|---|---|---|
| TC4056A | 1节锂电池 | 4.5~5.5V | 1000mA | -40~85℃ |
| IP2312-4V35 | 1节锂电池 | 4.5~5.5V | 3A max | -40~150 |
| IP2326 | 2~3节串联锂离子/聚合物 | 4.5~9.5V | 可快充 | -40~150℃ |
| IP2364 | 3节锂离子 | 15~24V | 1.5A | |
| TP4056 | 1节锂离子 | 3.7~6.5V | 1A prog | -40~85℃ |
| TP4056-42 | 1节锂离子/聚合物 | 4~8V | 1A | -40~85℃ |
| TP4057 | 1节锂离子 | 4~6.5V | 500mA | -40~85℃ |
| TP4054 | 1节锂离子/聚合物 | 4.5~5.5V | 500mA | -65~125℃ |
| TP5400 | -0.3~10V | 1.2A | -40~85℃ | |
| HY2213 | 1节锂离子/聚合物 | 1.5~8V | -40~85℃ | |
| IP5306 | 1节 | 4.65~5.5V | 2.1A | 0~70℃ |
| IP5328P/停产 | 1~4节 | |||
| XB8889A | 1节锂离子/聚合物 | -0.3~6V | -40~85℃ | |
| BQ24610RGER | 1~6节锂离子/聚合物 | 5~28V | -40~155℃ | |
| BQ40Z50RSMR-R2；支持涡轮模式 2.0；具有阻抗跟踪算法 | 1~4节锂离子 | 2.2~26V | ||
| SLM6305 | 1节锂离子/聚合物 | 4.6~26V | ||
| LTC4054ES5-4.2 | 1节锂离子/聚合物 | 4.25~6V | 800mA prog | -40~85℃ |
| AW32001ECSR | 1节锂离子/聚合物 | 4~5.5V | -40~85℃ | |
| LGS4056HDA | 1节锂离子/聚合物 | 4~6V | 1A max | -40~85℃ |
| ETA6002E8A | 1节锂离子 | 4.4~5.5V | 2.5A | -40~85℃ |
| HY2213-BB3A | 1节锂离子/聚合物 | 1.5~8V | -40~85 | |
| MPF42792DRT-0B-0000-Z | 2~16节 | 2.5~3.6V | -40~85℃ | |
| BQ76PL455APFCR | 6~16 锂离子/聚合物 | 12~79.2V | -40~85℃ | |
| LTC6811HG-1#TRPBF | 1~12节 | 4.5~5.5V |
电池保护芯片
保护芯片通常和充电芯片一起使用，但并不是每个充电芯片都需要配备保护芯片，有的自带保护功能。
| 芯片 | 节数 | 工作电压 | 最大充电电流 | 饱和电压 | 描述 |
|---|---|---|---|---|---|
| DW01A | 1节 | DW01 的升级版，可原位置替换 | |||
| XB5352G | 1节 | ||||
| CM1004-BCD | 1节 | ||||
| BYD-BM3451 | 3~5节 | ||||
| SH367108 | 11~15节，锂电池 | ||||
| LP5305AQVF | 1节，锂离子/聚合物 | 3.3~26V | 1A | 4.35V | |
| IP3005A | 1节，锂离子/聚合物 | 300mV~10V | 2~8A | 4.28V | 拥有大范围的电压保护和过流，检测选择，拥有精细的档位步进 |
BMS 面对的问题
- 过充：充满后不要再冲；
- 过压保护/OVP：输入电压过高时需保护电池，以及保护板自身、关联电路；
- 宽电压范围：输入电压通常不稳定，应允许较宽的输入电压波动；
- 输入欠压保护：
- 充电精度：分为充电电压精度，充电电流精度；
- 反向输入保护；
- 过流保护/OCP：输入电流过高时保护；
- 电池短路保护/SCP；
- 热关断保护；
- 热反馈：根据温度自动调节充电电流；
- 低静态电流：关闭/睡眠状态下放电电流要小，通常为 uA 级；要不然长时间搁置时保护板会把电池的电给用完了；
- 充电使能开关：或取决于应用场景；
- 充电电流可调：支持大小电流多种充电模式以保护电池；
- 防倒灌；
- 可抵抗正负脉冲冲击；
- ESD 静电保护；
- 均衡：多节电池各自电量高低不同，需要均衡处理；
- 良好的散热性能：尤其是针对多节电池充电时；
- 自恢复功能：过压或过流减小后可以自动恢复；
- 温度保护：高温和低温，有的只有高温保护；
在新能源电车中，BMS还会考虑以下因素：
- 热管理：通过冷却或加热系统调节电池温度，确保其在 -30~60°C 的安全范围内运行；
- 均衡管理：采用被动均衡（电阻耗能）或主动均衡（能量转移）技术，解决电芯间的不一致性问题；
- SOC/SOH：精确估算电池剩余电量（SOC）和健康状态（SOH），为续航里程预测和电池老化评估提供依据。
- 快充控制：动态调整充电电流，优化快充效率，例如 10%~80% 电量区间的高效充电策略。
- 数据上报：将相应参数通过 CAN/SPI/IIC 等上报给管理芯片，推动更多的保护措施，或者界面提示等操作；
消费者在购买电池/电源时，会遇到各种专业术语，其实大可绕过这些，专注于上面要解决的问题，来帮助自己选购。
上图为常见的电池保护板。
锂电池分类
- 功率型电池：强调放电倍率/C，提供几安甚至上百安电流，10C~100C+ 不等；常用于航模电池、电车、无人机、电动工具等；
- 能量型电池：日常手机、笔记本电脑、移动电源中使用；强调容量和续航能力，而不是瞬间爆发能力；
- 均衡型电池：电动自行车，储能系统等使用，介于二者之间。常见的是部分三元锂电池，以磷酸铁锂居多；
元器件选型要求
- TVS：瞬态电压抑制器，又叫做雪崩击穿二极管。不能比保险管先挂。