1 應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)

引言

電池管理系統(tǒng) (BMS) 可受益于其電芯監(jiān)控單元 (CSU) 上用于監(jiān)測(cè)鋰離子電池的額外通用輸入和輸出 (GPIO) 引腳。鋰離子電池（尤其是電動(dòng)汽車(chē)中的鋰離子電池）需要監(jiān)測(cè)電池電芯的電流、電壓和溫度，以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行且安全。除了監(jiān)測(cè)電池電芯的參數(shù)外，CSU 還可以在系統(tǒng)斷電時(shí)使用電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 (EEPROM) 來(lái)存儲(chǔ)信息。這些信息可能包括系統(tǒng)參數(shù)、電池運(yùn)行狀況信息、序列號(hào)和維護(hù)記錄。遺憾的是，監(jiān)測(cè)電池電芯的所有數(shù)據(jù)需要 CSU 具有非常多的 GPIO，這會(huì)阻止 CSU 使用 EEPROM 或監(jiān)測(cè)更多電池電芯。但是，多路復(fù)用器可用于提高系統(tǒng)功能，而無(wú)需升級(jí)到更大的 CSU。BQ79616-Q1 是一款流行的 BMS CSU，可使用 TMUX1308-Q1 8:1 多路復(fù)用器將其 8 個(gè) GPIO 增加到 12 個(gè) GPIO（配置如圖 1-1 所示）。

圖 1-1 TMUX1308 多路復(fù)用器在電池管理系統(tǒng)中擴(kuò)展 BQ79616 GPIO

圖 1-1 所示為 TMUX1308-Q1 擴(kuò)展 BQ79616-Q1 的 GPIO 以監(jiān)測(cè)多個(gè)溫度傳感器。該圖顯示僅使用三個(gè) GPIO 來(lái)控制多路復(fù)用器，使用一個(gè) GPIO 接收來(lái)自熱敏電阻的信息，僅使用四個(gè) GPIO 來(lái)監(jiān)測(cè)八個(gè)熱敏電阻。

信號(hào)鏈性能影響

在熱敏電阻和 CSU 之間的路徑中添加多路復(fù)用器等附加元件時(shí)，通常會(huì)擔(dān)心這會(huì)如何影響應(yīng)用的整體功能和性能。TMUX1308-Q1（和任何其他多路復(fù)用器）會(huì)增加路徑的電阻和漏電流，但影響非常小，甚至無(wú)法檢測(cè)到。對(duì)于此類(lèi)應(yīng)用，熱敏電阻通常連接到高阻抗輸入，這將使信號(hào)路徑基本上看不到任何串聯(lián)電阻，因?yàn)?TMUX1308-Q1 最多只有 1700Ω。在實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用器時(shí)，泄漏是第二個(gè)需要考慮的問(wèn)題，但是它也可以忽略不計(jì)，如圖 1-2 所示。

圖 1-2 TMUX1308-Q1 與 TMP64
結(jié)合使用

結(jié)合使用 TMP64 和 TMUX1308-Q1 獲取上述元件圖。當(dāng) VBias 設(shè)置為 5.5V 且環(huán)境溫度為 25°C 時(shí)，RTMP64 將約為 47kΩ，從而創(chuàng)建一個(gè) VTemp 等效于 2.75V 的分壓器?，F(xiàn)在，考慮到 TMUX1308-Q1 在 25°C 時(shí)的典型漏電流為 1nA，且 RON 約為 230Ω，這將導(dǎo)致可忽略不計(jì)的 230nV 壓降（0.0000086% 誤差）。然而，隨著溫度升高到 125°C，RTMP64 現(xiàn)在約為 80kΩ，VTemp 電壓約為 3.45V。在這個(gè)溫度和電壓下，器件的 RON 現(xiàn)在接近 370Ω，最大漏電流為 800nA。這會(huì)導(dǎo)致 296uV 的壓降，產(chǎn)生的誤差為 0.00857%。

總體而言，先假設(shè)實(shí)施新元件或器件時(shí)，信號(hào)鏈可能會(huì)受影響；但在向該應(yīng)用添加所需功能時(shí)，可以看到 TMUX1308-Q1 受到的影響極小。

將 EEPROM 添加到電池監(jiān)測(cè)器

電池管理系統(tǒng)可通過(guò)將關(guān)鍵信息存儲(chǔ)在 EEPROM 中來(lái)改善其電池運(yùn)行狀況和安全性。例如，EEPROM 可以存儲(chǔ)配置并記錄系統(tǒng)的運(yùn)行狀況歷史記錄。圖 1-3 顯示了與 BQ79616-Q1 結(jié)合使用的 EEPROM，該 EEPROM 能夠使用 8:1 多路復(fù)用器監(jiān)測(cè)八個(gè)熱敏電阻。

圖 1-3 整個(gè)系統(tǒng)中的 BQ79616-Q1
方框圖

通常，EEPROM 使用串行外設(shè)接口 (SPI) 連接系統(tǒng)，該接口包含兩個(gè)數(shù)據(jù)通道、一個(gè)時(shí)鐘和一個(gè)芯片選擇。如果 EEPROM 通過(guò)多路復(fù)用器連接到 CSU（如圖 1-4 所示），則所選的多路復(fù)用器需要具有低導(dǎo)通電容 (C_ON)，以確保 SPI 數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

例如，SN3257-Q1（四通道二對(duì)一多路復(fù)用器）可以準(zhǔn)確高效地將 EEPROM 和熱敏電阻連接到 CSU，因?yàn)?SN3257-Q1 具有低 C_ON (8pF) 和低 R_ON (2Ω)。圖 1-4 展示了 BMS 的替代布局，該布局使用 SN3257-Q1 將熱敏電阻和 EEPROM 連接到 BQ79616-Q1。

圖 1-4 SN3257-Q1 與 BQ79616 和 EEPROM 結(jié)合使用

總結(jié)

添加一個(gè) 8:1 或 4 通道 2:1 多路復(fù)用器是增強(qiáng)電池管理系統(tǒng)功能的有效方法。多路復(fù)用器可以提高 CSU 監(jiān)測(cè)更多熱敏電阻或釋放額外 GPIO（可用于連接 EEPROM）的能力。如果應(yīng)用處理模擬信號(hào)（例如使用熱敏電阻），則較低的多路復(fù)用器 R_ON 有助于獲得準(zhǔn)確的讀數(shù)。如果多路復(fù)用器用于數(shù)字信號(hào)（例如 EEPROM），則較低的多路復(fù)用器 C_ON 有助于防止上升沿和下降沿的失真。