应用于BMS系统的16通道锂离子电池管理芯片的设计与测试

发布时间：2024-12-01 07:11

　　随着人们生活水平不断提高,电动单车,电动平衡车,电动汽车等电力代步工具的需求已经出现喷井式的增长,与之对应的电池需求也随之而增大。区别于手机等小型电子设备,对于大型电力设备所使用的大容量锂电池组,需要解决的是同时管理多个电池单元的问题。目前,市面上所应用的电池管理芯片多为6通道,如AD7280,ATA6871;少数为12通道,如ISL8600,LTC6802。但是在更多级电池单元的支持上,由于电池节数的增大会使芯片的承受电压增大,提高设计复杂性,只有少数大型半导体公司在进行相关产品的研发,由于价格昂贵,目前产品仍不普及。因此,研制出一款安全,稳定,能够同时管理多个电池单元的电源管理芯片具有一定的经济与现实意义。本文设计并仿真了芯片内部的几个重要模块,并在对流片后的芯片进行了功能测试,设计包括power模块中的带隙基准（BGR）与线性稳压器（LDO）,电压采样模块以及电流采样模块。电压采样模块直接连接外部的外挂锂离子电池,由于管理电池数量为16节,数量较多,芯片设计耐压达到80V,最高耐压100V。根据16节电池工作环境的不同,划分了5个不同的电压选择器VC_MUX进行...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题概述,背景及意义
        1.1.1 锂离子电池概述
        1.1.2 背景及意义
    1.2 国内外研究开发、产业化状况
    1.3 主要研究内容及章节分布
第2章 电池管理基础
    2.1 锂离子电池的冲放电原理
    2.2 锂离子电池的应用及保护
    2.3 电池管理系统(BMS)
第3章 芯片顶层设计及介绍
    3.1 开发工具介绍
    3.2 芯片管脚及定义
    3.3 芯片顶层设计
        3.3.1 芯片原理图
        3.3.2 芯片工作流程图
    3.4 BMS系统中的应用
    3.5 SPI通信
第4章 单元模块设计
    4.1 power模块
        4.1.1 BGR电路
        4.1.2 LDO电路
    4.2 电压采样模块
        4.2.1 基本放大原理
        4.2.2 开关电容电路
        4.2.3 整体电路分析
        4.2.4 VC_MUX设计
    4.3 电流采样模块
        4.3.1 基本放大功能
        4.3.2 失调电压的清除
        4.3.3 电路优化
第5章 模块仿真及结果
    5.1 带隙基准电路仿真
    5.2 LDO电路的仿真
        5.2.1 LDO17电路的仿真
        5.2.2 LDO3P3电路的仿真
    5.3 Power电路总体仿真
    5.4 电压采样电路的仿真
    5.5 电流采样电路的仿真
        5.5.1 去失调仿真
        5.5.2 增益仿真
第6章 成品芯片测试
    6.1 版图、工艺及封装
    6.2 测试环境介绍
    6.3 测试过程与结果
        6.3.1 基本功能测试
        6.3.2 电压采样功能测试与校准
        6.3.3 电流采样功能测试与校准
第7章 结论及展望
参考文献
附录一 Power模块仿真测试曲线
附录二 电压采样测试曲线
附录三 电流采样测试曲线
附录四 测试用PCB版图
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：4013738