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必易微 BMS 新品重磅推出

2022-08-29 15:42:35 来源:必易微 作者:必易微

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新品推出背景

随着电池技术的发展和应用的革新,锂离子电池体积越来越小,能量密度越来越高。锂基(锂离子和锂聚合物)化学电池应用已经从手机、平板电脑等便携式电子设备普及到工业、医疗、汽车等领域。近年来随着清洁能源的发展,储能电源逐渐兴起,以及电动工具、智能家居的广泛应用,高可靠性、高采样精度的多串电池监控芯片成为实现锂电池安全应用以及进一步发挥电池潜力的电池管理系统要件。

多串锂电池的高精度监控和保护器

3-10 串: KP62010

3-18 串: KP62030

专注于提供完整电源解决方案和系统集成的深圳市必易微电子股份有限公司,紧跟市场步伐,推出了内置均衡功能并且保护齐全的多串电池监控芯片,分别为支持 3-10 串电池组的 KP62010,以及支持 3-18 串电池组的 KP62030。KP620X0 系列内置高精度 14 bit 电压 ADC、16 bit 电流 ADC, 在室温下可以达到 10mV 电压采样精度,0.5% 电流采样精度。基本覆盖市场的主流应用,其典型应用包括锂电储能、动力电源、电动工具、智能家居等。

应用领域
必易微 BMS 特点及应用领域

从我们的目标市场来看, 无人机、扫地机、电动工具这几个应用可以用 10sAFE 方案来覆盖,而动力电池、储能和基站备用电源则可以用 18sAFE 方案来覆盖。除了户外储能在高速发展,家庭户内储能也在快速发展,很多国家地区都在政策方面予以家庭储能很大的支持。

我们希望通过 10s 和 18s 的解决方案为客户提供更好的系统兼容性,包括软件和硬件的兼容,让客户开发不同项目时能最大限度地复用成熟设计。

BMS 产品亮点

亮点 1:驱动控制输出优化
大功率应用在开关管后面常有较大的电容,导致开关管打开时产生较大的浪涌电流,该电流会对应用电路产生冲击,由于过高的 di/dt 而产生电压尖峰应力。KP62030 除了增强的充放电管驱动外,额外增加了预充预放驱动输出。系统可以在打开充电/放电开关前,先打开预充/预放开关。预充/预放回路通过串联的限流电阻实现低浪涌应力的系统启动。

此外 KP62030 还有数字 IO 电平的驱动信号输出,该信号既可以作为充放电管的状态监控信号,也可以作为驱动电路的输入信号。例如在高边驱动的方案中或者需要更强的低边驱动能力而外加驱动增强电路时,该信号可以作为驱动的输入信号从而实现 AFE 在保护时的关闭充放电开关控制。相比于使用 12V 充放电管的驱动信号,该信号便于对接数字接口,驱动时序更准确。

示意图
预充预放电流路径示意图

亮点 2:电池乱序连接支持
电池乱序连接有时也称电池随机连接,是指在电芯和 PCB 板的组装连接中,各个电芯的连接线和 PCB 板的接触是随机的,而不需要按固定的顺序。目前市面上的部分 AFE 不支持电池乱序连接或者需要增加不少外围器件(例如二级管),前者需要产线做特定的连接操作或者需要特定接插件来实现,后者则增加成本和方案体积。KP620X0 优化了内部电路,完全支持电池乱序连接,且不需要额外的外部器件,优化系统成本。

同时,我们在乱序上电方面也做了充分验证,除了对易出问题的上电顺序做完全测试外,通过自动化系统,产生随机上电顺序,每隔 2 秒插拔一次,连续验证乱序上电 7 天。

解决方案
支持电池乱序上电,简化外围器件:KP620X0 方案

亮点 3:单晶圆高串数
KP620X0 内部使用单晶圆实现高达 18 串电芯的监控方案,很好地支持各种应用中的高串数需求。相对于市面上其它多晶圆合封方案,单晶圆方案有稳定性好、通讯效率高、一致性好等优点。以市面常见 3 晶圆(每晶圆 5 串)合封成 15 串为例,单个晶圆的实际耐压都为 36V ,远低于 KP620X0 的 110V 耐压,电压尖峰的耐受能力相对较弱。

其次,多晶圆合封的晶圆间,可能会有通讯效率低的问题,因为需要冗余操作来实现多个晶圆的读写。再次,由于合封晶圆间通讯为级联通讯,上级晶圆通讯需要通过下级晶圆进行,导致下级晶圆的通讯更频繁,加上晶圆本身不一致性,可能出现多个晶圆的功耗不一致。

最后,单晶圆方案具有较强的延展性,工程师在使用过程中设计不同产品时,可以使用统一的硬件和软件实现不同电池串数的需求,降低研发投入和研发周期,提升产品竞争力。

110V耐压
KP620X0 - 110V 耐压

亮点 4:电池连接线负压耐受
大多数的 AFE 的电芯连接线间 VCn-VCn-1 可以承受 15V 左右的正电压,然而对于负电压情况却只有 -0.3V 的承受能力。这是由于负压会使芯片内部二极管导通。在使用外部均衡的情况下,可以由外部较大的滤波电阻(通常为 1kΩ )限制电流。而在内部均衡情况下,外部滤波电阻较小,负压会导致大的反向电流流过内部路径,从而产生芯片损坏的风险。

然而在大功率电池应用中,当负载剧烈变化(例如电机启动/急停或者保护快速关断)时会产生高 di/dt ,此时功率线路上的寄生电感会产生电压尖峰,在芯片引脚端可以引起几个 μs 时间的负压。KP620X0 通过内部电路的优化, VCn-VCn-1 间的耐压为 ±20V,大大减小负压导致损坏的风险。

电池连接线耐压
电池连接线耐压:±20V

亮点 5:保护功能完备
KP620X0 系列产品具有较高的集成度。在保护方面,包括了过压保 (OVP)、欠压保护 (UVP)、充电过流保护 (OCC)、二级放电过流保护 (OCD1/OCD2)、短路保护 (SCD)、电池连接线开路检测 (OWD)、负载检测。提供 5V 或者 3.3V 的 LDO 输出供微处理器使用,在触发保护时,通过硬线告警信号通知 MCU,可以实现 MCU 电源休眠以减小功耗。


 

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