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深入理解 AFE 的用法:实现BMS 均衡功能

eeDesigner 来源:物联网评论 作者:物联网评论 2024-03-28 15:03 次阅读

BMS均衡功能的实现主要靠AFE,它里面集成了均衡控制开关以及相关逻辑电路,给用户提供了丰富的诊断和控制接口,如下图(图片来源于 ADI 的 LTC6810),方框部分即为均衡电路。

wKgZomYFFk-AbBy8AACq8QW8mcs446.jpg

AFE提供的均衡接口主要是被动均衡,即通过电阻放电;它可以支持内部均衡与外部均衡两种(如下图,来自于 ADI 的 LTC6813);两种方式都要把均衡电阻放置在外,但内部均衡可以利用内部的 MOS 管作为均衡通流开关,而外部均衡需要外部再增加一个 MOS 管作为均衡通流开关;基本上每一家的 AFE 都支持两种方式(TI 比较早的型号除外)。

wKgaomYFFlCAGW4tAACsCfjVta4097.jpg

不同厂家 AFE 之间的均衡功能是有差别的,例如内部均衡时,其过流能力是不一样的;还有对于外部均衡,外置的 MOS 类型也是不统一的,这些都是因为每个厂家内部的均衡电路略有差异,下面分别介绍一下。

拿 ADI 的 LTC68XX 系列来说,它里面又存在两种电路:LTC6810 与其他型号的电路不同,LTC6804811813 的内部均衡框图如下,它内部的均衡通道有一部分是从采样线回来的,即采样线滤波电阻 Rm 上面会有电流通过,所以在内部均衡的情况下,它们建议 Rm 阻值不能选太大。可以发现,均衡引脚与采样引脚数量一致。所以,这三个型号很少使用内部 MOS 作为均衡通流开关。

wKgaomYFFlOANa2sAAJQlePwHLg752.jpg

而 LTC6810 的内部是另一种情况,如下图,它借助外部的相邻的两个均衡电阻来作为放电通道,如图中红色箭头所示,均衡电流不从采样线上面走,这样比上面优化了很多。这种情况下,均衡引脚与采样引脚也是一样多。许多厂家都采用这种方案,如美信松下等,具体可以参见它们的使用手册。

wKgZomYFFlaAbabaAAGMZAwnj10140.jpg

上面这种方案存在一个问题,如下图所示(图片来自于 LTC6810),当相邻的多路电芯同时均衡时,中间的均衡电阻上面没有电流流过,相当于相邻几节串联的电芯只通过上下两个均衡电组来进行放电,这样均衡电流很大,此时很容易产生热量损坏 AFE 或外部均衡电阻。所以可以看到很多厂家上面,均衡通道分为奇数、偶数组,相邻的通道不能同时打开均衡。

wKgaomYFFlaAc--dAABjxp7Kk7Q027.jpg

除了上面两种外,NXP 的 AFE 又是另一种方案:它内部每两节电芯单独配置两个 NMOS,而且多了一个均衡共用引脚;如下图所示,这样两节电芯一组,组与组之间互不干扰,即使全部电芯进行均衡,也不会产生类似上面电流过大的问题。唯一引入的问题就是引脚增多,增大了封装。

wKgZomYFFleAHckzAABmjQ8fItQ087.jpg

上面介绍了采用内部均衡的方案下,几种 AFE 的均衡方案原理;下面再遗留一个开放的问题:下图中,哪种均衡电阻的排布方案比较合适你自己的应用场景?

wKgaomYFFliAVP_UAAFHvVi9IBE440.jpg

总结:

今天简单介绍了几种 AFE 的被动均衡电路框图,如果都采用外部均衡 MOS 的形式,就不会涉及上面提到的大电流问题。本文目的是为了深入理解 AFE 的用法,有助于在排查一些意外故障时,可以有所依据;以上所有,仅供参考

审核编辑 黄宇

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