低成本MCU助力电池组系统实现强大功能

由 cathy 提交于周四, 2 十二月 2021 - 17:24

电池技术发展催生了全新一代的个人电子产品。也得益于技术的进步，电动工具、电动自行车和电动汽车等具有严苛电源要求的产品也有极大的发展。如今随着大规模的使用，电池必须比以往任何时候都安全，高效，和智能。而随着人们对智能电池组系统的功能需求不断增加，选择合适的 MCU 也变的越来越重要。在本文中，我们将对 MSP430Tm 的生态系统进行深入的探讨，帮助读者了解如何利用这些功能来解决电池组系统中的挑战。

电池组概述

对于基本的锂电池保护需求，可以使用 <a href="https://www.ti.com/product/BQ77915">BQ77915</a> 等电池保护型IC，以确保电池在其额定温度和额定电流下工作。而部分设计需要更多电池系统的实时状态信息，以实现更精确的监测和控制，这可以采用 <a href="https://www.ti.com/product/BQ76952">BQ76952</a> 等电池监测型 IC。

通常情况下，高端电池管理 IC 会搭载微控制器 (MCU)，以进行电池管理 IC 配置，通信，数据处理与计算，如图 1 所示。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-12/博客/100555829-229344-2.png" alt=“图 1：锂离子电池组框图"></center><center>图 1：锂离子电池组框图</center>

另外，当系统需要电量追踪或数据记录等更高级的功能时，MCU 将在系统中发挥更重要的作用。

通过低成本感应缩减物料清单

部分电池组方案，可能采用 MCU 来检测环境信息（例如温度）。而 MSP430FR235x 上所具有的<a href="https://training.ti.com/msp430-mcus-smart-analog-combo-introduction-ove… (SAC)</a> 能给该类方案提供极大的助力。 SAC 可以替代运算放大器和其他模拟信号调节元件，从而缩减物料清单 (BOM)。另外 SAC 可以不借助外部电路元件，如电阻和偏置信号，以实现信号调节与放大，减少 PCB 空间，并降低成本。

此外，SAC 是一种运行时可实时配置的外设，从而实现系统的动态优化和调节。例如，SAC 具有可编程的增益模式，可根据不同设计进行配置，而无需更改反馈电阻器等任何外部元件。该方案可以减少外部元件的数量，从而增加设计灵活性，并降低 BOM 成本。

在电池组系统中，除了温度检测外，SAC 也可配置为通用运算放大器，并与12 位ADC配合使用以完成对低边电流的基本测量。

借助高性能存储器提高可靠性

在高性能的电池应用中，往往需要基于长期数据的算法（例如运行状态跟踪和充电状态跟踪）。而在不确定的电源环境中， Flash 可能难以支持频繁记录、低存储延迟的要求，而将数据存在 RAM 里往往存在着数据掉电丢失的风险。但是，具有<a href="https://www.ti.com/lit/wp/slat151/slat151.pdf">铁电随机存取存储器 (FRAM)</a> 的 MSP430 器件可以从容应对这类挑战。FRAM 是一种高性能存储器技术，能同时充当 Flash 和 RAM，可实现快速、低延迟、低功耗的非易失性存储，而且数据可以按 byte 擦写，擦写次数接近无限次。在电池触发过流或热保护电路时，FRAM 的低延迟高速存储功能可以极大降低意外断电时数据丢失的可能性。

通过低功耗性能延长电池寿命

降低待机功耗意味着运行时间更长。MSP430 器件提供多种睡眠模式，几乎可以满足任何电源场景。以 MSP430FR2355 为例，其待机电流为 620nA，关机电流为 42nA。

SAC 的使用也有助于降低系统功耗。可以在需要时动态使能、在不需要时断电以降低功耗。而传统的信号调节技术采用分立式运算放大器，无论是否处于有效工作状态，都会持续耗电。

TI 也提供 <a href="https://www.ti.com/tool/ENERGYTRACE">EnergyTrace</a> 等软件分析工具来观察系统动态功耗，方便客户的调试与优化。此外，Code Composer StudioTM软件和 IAR Embedded Workbench 中集成的<a href="https://www.ti.com/tool/ULPADVISOR">超低功耗 (ULP) Advisor</a> 工具，可以帮助客户从代码的角度优化功耗。

借助即用型 GUI 节省开发时间

一个全新系统的开发可能是一项挑战性的任务。MSP430 团队提供的图形用户界面 (GUI)，可加快 BQ76952 的开发和调试过程，如图 2 所示。将 <a href="https://www.ti.com/tool/MSP-EXP430FR2355">MSP430FR2355 LaunchPad 开发套件</a>与 <a href="https://www.ti.com/tool/BQ76952EVM">BQ76952 评估模块 (EVM)</a> 配套使用，您就可以详细地了解重要电池数据。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-12/博客/100555829-229345-3.png" alt=“图 2：MSP+BQ 仪表板接口"></center><center>图 2：MSP+BQ 仪表板接口</center>

结语

随着功能需求的不断增加，电池系统将趋于更高的能量密度、更高的安全性和更高的板载智能。而选择合适的 MCU 有助于简化产品开发流程，加快产品上市。多样化的 MSP430 MCU 产品组合可让您轻松选择在性能、功耗和成本方面符合您需要的器件。查看以下链接，了解产品信息和技术资源。

其它资源
<ul>
<li>开启您的 <a href="https://www.ti.com/microcontrollers-mcus-processors/microcontrollers/ms… 微控制器探索之旅</a>。</li>
<li>下载应用报告：《<a href="https://www.ti.com/lit/an/slaa769a/slaa769a.pdf">EEPROM Emulation Using Low-Memory MSP430 FRAM MCUs</a>》。</li>
<li>通过 <a href="https://www.ti.com/tool/MSP-FRAM-UTILITIES">MSP FRAM utilities</a> 了解更多 Compute Through Power Loss 和其它 FRAM 特性。</li>
<li>查看我们的 E2E 文章《<a href="https://e2e.ti.com/blogs_/b/process/posts/step-6-to-build-a-smart-therm… 6 to Build a Smart Thermostat Using an MCU: Energy Optimization</a>》，了解 MSP 低功耗特点在温控器中的应用。</li>
<li>查看 <a href="https://dev.ti.com/gallery/info/TIMSPGC/BQ76952EVM_Demo/">MSP+BQ 用户图形界面 (GUI)</a>。</li></ul>

来源：<a href="https://e2echina.ti.com/blogs_/b/the_process/posts/mcu-1088971156">TI</…;
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