典型吸塵器/掃地機器人BMS拓撲

近年來，無繩吸塵器和掃地機器人越來越普及，給人們的生活帶來了極大的便利。而電池包作為吸塵器和掃地機器人的核心部件，不僅關(guān)系到產(chǎn)品的使用體驗，同時也關(guān)系到用戶的生命安全，因此需要格外地關(guān)注。

無繩吸塵器電池包目前市面上主要為7串電池組，有時也會為5串或6串。而掃地機器人的電池包，目前主流則為4串。根據(jù)不同的需求，可以將吸塵器/掃地機器人電池組的BMS拓撲分為三類：電量計型，模擬前端+MCU型，硬件保護型。下面分別對這三種BMS拓撲以及相應(yīng)的TI產(chǎn)品進行介紹。

電量計型

如圖1所示為電量計型BMS拓撲示意圖。僅電量計單顆芯片，結(jié)合電流采樣電阻，保護開關(guān)構(gòu)成電池包。該方案的優(yōu)點是使用單顆芯片即可實現(xiàn)電量計算，電池監(jiān)控以及保護。

圖1. 電量計型BMS拓撲

圖1中采用的電量計為BQ40Z80。該電量計支持2-6s電池組，采用TI特有的阻抗跟蹤算法，電量精度可達1%，并且能夠?qū)﹄姵乩匣M行跟蹤，在電池老化的情況下仍然能夠保證高電量精度。BQ40Z80集成了過壓，欠壓，過流，短路，過溫，欠溫等20多種保護功能，可以對電池進行全方位的保護。而集成的高邊驅(qū)動則可以保證即使在保護觸發(fā)后，電量計仍然能夠和主機進行通信。此外，BQ40Z80還集成了內(nèi)部均衡電路，保證了不同電芯之間的電量均衡，延長了設(shè)備的整體續(xù)航時間，提升用戶體驗。

此外，對于4串的電池包，還可以使用BQ40Z50，支持2-4s，功能和BQ40Z80類似，感興趣的讀者可以在TI官網(wǎng)上查找完整的產(chǎn)品資料，本文不再贅述。

模擬前端+MCU型

圖2所示為模擬前端+MCU型BMS拓撲示意圖。該拓撲與電量計型類似，只是將電量計替換為模擬前端和MCU。該拓撲和電量計型拓撲相比，該方案不再自帶電量計算功能，但仍可通過MCU結(jié)合電壓電流采樣數(shù)據(jù)進行電量計算，電量精度取決于采樣精度和電量算法。

圖2. 模擬前端+AFE型BMS拓撲

圖2中采用的模擬前端為BQ76942，支持3-10s應(yīng)用。BQ76942同樣集成了過壓，欠壓，過流，短路，過溫，欠溫等多種保護功能，可以對電池進行全方位的保護。集成的高邊驅(qū)動則可以保證即使在保護觸發(fā)后，仍然能夠和主機進行通信。此外，BQ76942也集成了內(nèi)部均衡電路，保證了不同電芯之間的電量均衡，延長了設(shè)備的整體續(xù)航時間。對于低邊保護方案，推薦使用TI的BQ76930 (6-10s)和BQ76920 (3-5s)，當然也可以和TI的高邊驅(qū)動BQ76200搭配使用，實現(xiàn)高邊保護。對于MCU，TI的430系列有豐富的產(chǎn)品，可以滿足各種應(yīng)用需求，因本文主要聚焦模擬產(chǎn)品，就不在此贅述。

硬件保護型

圖3所示為硬件保護型BMS拓撲示意圖。僅由保護IC，結(jié)合電流采樣電阻，保護開關(guān)構(gòu)成電池包。該方案的優(yōu)點很明顯： 簡單，價格便宜。但缺點同樣明顯： a. 功能有限，僅支持保護功能，并且保護值不可配置，靈活性較差； b. 不具備電量計算功能，需要主機端額外具備電量計算能力。因此該拓撲更適合應(yīng)用于低成本或者主機側(cè)能力較強的場合。

圖3. 硬件保護型BMS拓撲

圖3中采用的保護IC為BQ77915，支持3-5s應(yīng)用，對于5s及以上串數(shù)的應(yīng)用，可以將若干BQ77915級聯(lián)使用，最多可支持20s。BQ77915集成了過壓，欠壓，過流，短路，過溫，欠溫等多種保護。過流保護延時是可配置的。并且BQ77915也集成了內(nèi)部電池均衡電路，可保證不同電芯之間的電量均衡，延長了設(shè)備的整體續(xù)航時間。

若實際應(yīng)用不需要電池均衡，則可以選擇性價比更高的BQ77905。

上述兩款保護IC，TI均提供了不同配置的型號供客戶選擇，若現(xiàn)有型號仍然不能滿足實際應(yīng)用的需求，可聯(lián)系對應(yīng)的銷售團隊進行定制滿足要求的產(chǎn)品。

另外，某些產(chǎn)品會對保護提出更高的要求，需要具備二段保護，來進一步提高電池包的防護等級。對于有二段保護需求的用戶，推薦使用TI的BQ7718系列產(chǎn)品，和BQ77915一樣，TI提供了多種配置供用戶選擇，并且若產(chǎn)品列表里沒有合適的型號，同樣可以聯(lián)系對應(yīng)的銷售團隊進行定制。

審核編輯：郭婷