【導(dǎo)讀】BQ769x2是TI新一代的多串?dāng)?shù)模擬前端 (Analog Front End, AFE) 芯片。因?yàn)槠渚哂胁蓸泳雀撸筛哌咈?qū)動(dòng)，功耗小，保護(hù)功能豐富，支持亂序上電，最高支持16S電池，均衡能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在電動(dòng)兩輪車(chē)，電動(dòng)工具，儲(chǔ)能等多種應(yīng)用的BMS方案中。溫度對(duì)于鋰電池的容量，壽命，電量 (State Of Charge, SOC) 計(jì)算以及安全等都有著重要影響，因此對(duì)AFE的溫度采樣通道數(shù)的需求越來(lái)越高，BQ769x2提供了9路溫度采樣以及1路內(nèi)部溫度采樣，豐富的溫度采樣資源極大滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)于溫度監(jiān)控的需求。因BQ769x2內(nèi)置不同溫度模型，支持應(yīng)用不同類(lèi)型的熱敏電阻，為方便用戶(hù)理解和使用，本文將簡(jiǎn)要介紹BQ769x2的溫度采樣功能及其使用配置，以及針對(duì)不同型號(hào)熱敏電阻，使用TI提供的熱敏電阻溫度優(yōu)化器計(jì)算熱敏電阻系數(shù)的使用說(shuō)明。
1. BQ769x2溫度采樣配置
1.1 BQ769x2溫度采樣簡(jiǎn)介
溫度在鋰電池的容量，壽命，電量 (State Of Charge, SOC) 計(jì)算以及安全等方面都扮演著極其重要的角色，因此電池管理系統(tǒng) (Battery Management System, BMS) 需要對(duì)鋰電池組的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)與監(jiān)控，根據(jù)采集到的溫度采取對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，如當(dāng)充電過(guò)程中，溫度過(guò)高超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，BMS需要關(guān)斷充電FET。而對(duì)于中大型的鋰電池組，因?yàn)殡娦緮?shù)量較多，單個(gè)溫度采樣點(diǎn)很難采集到電池包的最?lèi)毫訙囟惹闆r，因此需要更多溫度采樣通道分布在電池包不同位置以更精確采集到電池包內(nèi)部不同位置電芯的溫度。
BQ769x2作為T(mén)I新一代的模擬前端 (Analog Front End, AFE)，擁有非常豐富的溫度采樣資源，包括1路內(nèi)部溫度采樣，以及最多可支持9路外部溫度采樣。
1.1.1 內(nèi)置溫度采樣
BQ769x2集成了1路內(nèi)部溫度采樣。通過(guò)配置，該內(nèi)部溫度采樣的結(jié)果既可以作為電池溫度，也可以作為FET溫度。
1.1.2 外部溫度采樣
BQ769x2通過(guò)配置多功能引腳 (TS1, TS2, TS3, CFETOFF, DFETOFF, ALERT, HDQ, DCHG, and DDSG) 為溫度采樣功能，最多可以支持9路外部溫度采樣。如Figure 1 所示。
Figure 1. 外部溫度采樣示意圖
為匹配不同類(lèi)型的熱敏電阻，最大化利用ADC的范圍，提高溫度采樣精度，BQ769x2的溫度采樣提供了兩個(gè)不同的上拉電阻，通過(guò)控制Figure 1內(nèi)所示的S1和S2，可分別實(shí)現(xiàn)18kΩ和180kΩ的上拉電阻。例如，對(duì)于10kΩ@25C的熱敏電阻，推薦選擇18K上拉電阻，對(duì)于200kΩ@25C的熱敏電阻推薦選擇180K上拉電阻。
1.2 溫度采樣配置
1.2.1 引腳功能配置
如上文所說(shuō)，TS1, TS2, TS3, CFETOFF, DFETOFF, ALERT, HDQ, DCHG, and DDSG均為多功能引腳，因此為實(shí)現(xiàn)溫度采樣，需首先將對(duì)應(yīng)引腳配置成溫度采樣功能。本文以TS1腳為例介紹溫度采樣的配置。通過(guò)配置Settings:Configuration:TS1 Pin Config [PIN_FXN1:0]可進(jìn)行引腳功能選擇，如下表所示，通過(guò)將Settings:Configuration:TS1 Pin Config [PIN_FXN1:0] 配置為[1, 1]則可以將TS1 Pin配置為溫度采樣功能。
Table 1. 多功能引腳功能選擇
1.2.2 溫度模型的選擇
通過(guò)設(shè)置Settings:Configuration:TS1 Pin Config [OPT5:4]可選擇Figure 1所示的上拉電阻。若配置為[0,0]，則S2導(dǎo)通，上拉電阻為18 kΩ。若配置為[0,1]，則S1導(dǎo)通，上拉電阻為180 kΩ。若配置為[1,0]，則S1，S2均關(guān)斷，沒(méi)有上拉電阻，作為外部電壓的ADC采樣用。如果內(nèi)部模型不能準(zhǔn)確適配所用熱敏電阻(比如PTC)，則可以使用ADC 模式并配合MCU進(jìn)行溫度計(jì)算。
Table 2. 上拉電阻選擇
通過(guò)設(shè)置Settings:Configuration:TS1 Pin Config [OPT3:2]可選擇18K溫度模型，180K溫度模型等。
Table 3. 溫度模型選擇
補(bǔ)充說(shuō)明：需要注意的是，這里的三種溫度模型其實(shí)本質(zhì)是一樣的，只是名字上的區(qū)別。只是一般習(xí)慣上，我們會(huì)選擇使用18 kΩ上拉電阻的通道的溫度系數(shù)填寫(xiě)入18K溫度模型，選擇使用180 kΩ上拉電阻的通道的溫度系數(shù)填寫(xiě)入180K溫度模型，方便區(qū)分。但實(shí)際上可以不受名稱(chēng)的約束，例如用戶(hù)在使用中選擇了三種不同型號(hào)的NTC，并且都選擇了18 kΩ的上拉電阻，經(jīng)過(guò)計(jì)算，可以得到三組對(duì)應(yīng)不同的多項(xiàng)式系數(shù)，則可以分別填入以上三個(gè)溫度模型，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用三種不同型號(hào)熱敏電阻在同一系統(tǒng)中。
1.2.3 溫度采樣位置選擇
在一個(gè)電池系統(tǒng)中，由于電芯和FETs的發(fā)熱程度不一致，對(duì)溫度的耐受程度也不一致，例如鋰電池的溫度范圍通常在-20~60C，F(xiàn)ET的溫度范圍則可以達(dá)到-55~125C，因此BMS需要對(duì)電芯和充放電FETs分別進(jìn)行溫度監(jiān)控和保護(hù)。通過(guò)設(shè)置Settings:Configuration:TS1 Pin Config [OPT1:0]可選擇TS1溫度采樣位置以適配不同的保護(hù)閾值，如Table 4所示。其他Pin腳配置方式一致。
Table 4. 溫度采樣用途選擇
2. 溫度模型及其系數(shù)計(jì)算
至此，關(guān)于溫度采樣的所有配置已經(jīng)基本完成，只剩下關(guān)于溫度模型的系數(shù)計(jì)算。關(guān)于該系數(shù)的計(jì)算，TI提供了專(zhuān)門(mén)的GPC工具，用于優(yōu)化計(jì)算熱敏電阻系數(shù)，用戶(hù)只需將上傳一些基本信息即可，本節(jié)將具體介紹溫度系數(shù)計(jì)算工具的使用步驟。
2.1 溫度模型
BQ76952內(nèi)部是使用多項(xiàng)式擬合的方式實(shí)現(xiàn)將ADC得到的電壓信息轉(zhuǎn)化為溫度信息的。該模型可以用如下等式抽象表示：
其中，
A1-A5分別對(duì)應(yīng)Calibration:18(0)K Temperature Model:Coeff a1-a5
B1-B4分別對(duì)應(yīng)Calibration:18(0)K Temperature Model:Coeff b1-b4
Adc0對(duì)應(yīng)Calibration:18(0)K Temperature Model:Adc0
R對(duì)應(yīng)所選擇的上拉電阻阻值: 18K或者180K
2.2 系數(shù)計(jì)算
BQ76952對(duì)于18K溫度模型提供了與Semitec 103-AT匹配的多項(xiàng)式系數(shù)，因此若使用Semitec 103-AT或溫度曲線(xiàn)與之一致的熱敏電阻做溫度采樣時(shí)，按照上級(jí)所屬選擇18K溫度模型即可，無(wú)需重新配置多項(xiàng)式系數(shù)。
同樣，對(duì)于180K溫度模型提供了與Semitec 204AP-2匹配的多項(xiàng)式系數(shù)，因此若使用Semitec 204AP-2或溫度曲線(xiàn)與之一致的熱敏電阻做溫度采樣時(shí)，按照上級(jí)所屬選擇180K溫度模型即可，無(wú)需重新配置多項(xiàng)式系數(shù)。
而對(duì)于選擇其他溫度-電阻特性曲線(xiàn)不一致的熱敏電阻，TI則提供了專(zhuān)用的計(jì)算工具用于多項(xiàng)式系數(shù)的計(jì)算。該工具通過(guò)上傳兩個(gè)符合規(guī)范的txt文檔至該工具的網(wǎng)頁(yè)即可得到計(jì)算后的溫度系數(shù)。
文檔一：config.txt
Figure 2. txt示例
如Figure 2所示為config.txt文檔中所包含的內(nèi)容示例。其中，第一行表示所選工具類(lèi)型，因?yàn)樵揋PC系列含有若干種工具，如用于TI電量計(jì)的GPCRA，GPCRB工具等，均共用該系統(tǒng)，因此為方便系統(tǒng)識(shí)別該數(shù)據(jù)是用于BQ769x2溫度系數(shù)計(jì)算，規(guī)定該處理類(lèi)型為7。第二行為上拉電阻的選擇，若使用的是室溫10k的熱敏電阻，則輸入Rpullup=18k，而若使用的是室溫200k的熱敏電阻，則輸入Rpullup=180k。
文檔二：thermistor.txt
以下為示例。
# Resistances (Ohms)
200800
152900
117200
90510
70400
55140
43510
34570
27660
22280
18070
14740
12110
10000
8307
6938
5824
4913
4164
3543
3028
2597
2235
1930
1671
1452
1264
1104
966
848
746
657
# Temperatures (degreesC)
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
thermistor.txt包含了所選熱敏電阻的阻值和溫度信息，并且一一對(duì)應(yīng)。用戶(hù)在使用時(shí)須注意格式順序與上述示例保持一致。
將config.txt和thermistor.txt兩個(gè)文檔壓縮為.zip文件，上傳至以下鏈接 ：
https://www.ti.com/powercalculator/docs/gpc/gpcUpload.tsp
上傳后，若上傳格式或內(nèi)容有誤，用戶(hù)將收到一封提示郵件，用戶(hù)需按照郵件提示對(duì)所上傳文件進(jìn)行修改后再重新進(jìn)行上傳。若上傳文件符合要求，用戶(hù)將在幾分鐘后收到一封郵件，解壓附件報(bào)告將得到三個(gè)文檔，如Figure 3所示。
Figure 3. 返回報(bào)告文件
其中，GPC_report.txt內(nèi)容如Figure 4所示。
Figure 4. GPC_report 內(nèi)容示例
其中，bestA [A1 A2 A3 A4 A5]分別對(duì)應(yīng)Calibration:18K Temperature Model:Coeff a1-a5的值，
bestB [B1 B2 B3 B4]分別對(duì)應(yīng)Calibration:18K Temperature Model:Coeff b1-b4的值，
Adc0則對(duì)應(yīng)Calibration:18K Temperature Model:Adc0的值，將它們分別寫(xiě)入即可。
bestmaxerr則是基于以上優(yōu)化系數(shù)所擬合出來(lái)的溫度與實(shí)際溫度的最大誤差。
Calculated_vs_Actual_Temperature,PNG.png為擬合溫度與實(shí)際溫度對(duì)比曲線(xiàn)，如Figure 5所示。其中Tin為實(shí)際溫度，Tout為模型擬合溫度。通過(guò)該曲線(xiàn)可以了解不同溫度下擬合值與溫度阻抗表的誤差。
Figure 5. Calculated_vs_Actual_Temperature,PNG 內(nèi)容示例
Log.txt文檔則記錄了GPC工具迭代擬合溫度系數(shù)的過(guò)程，用戶(hù)不需要過(guò)多關(guān)注。
至此便完成了所有的配置，只需要再進(jìn)行校正即可。
3. 參考文獻(xiàn)
1. BQ76952 3-Series to 16-Series High Accuracy Battery Monitor and Protector for Li-Ion, Li-Polymer, and LiFePO4 Battery Packs datasheet (SLUSE13A)
2. BQ76952 Technical Reference Manual (SLUUBY2A)
3. BQ76952 Evaluation Module User Guide (SLUCC33A)
4. Guide to Thermistor Coefficient Calculator Tool - BQ769x2
5. BQ769x2 Calibration and OTP Programming Guide
來(lái)源：ADI
作者：厲夢(mèng)溪 Jayden Li / 檀瑞安 Ryan Tan
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