工業(yè)類電池管理增長迅速，許多應(yīng)用都會用到多節(jié)電池，為了對電池性能進行監(jiān)控，就需要用到智能電池解決方案。日前，德州儀器（TI）針對這一應(yīng)用市場推出了首批可擴展多節(jié)電池監(jiān)控器bq76920、bq76930和bq76940，其不僅可大幅提升電池組的安全性，而且還可縮短12V~48V鋰離子電池及LiFePO4電池的設(shè)計時間，并能滿足電動自行車、電動工具、醫(yī)療設(shè)備以及能源存儲系統(tǒng)等應(yīng)用的需求。

    德州儀器高性能模擬半導(dǎo)體產(chǎn)品部電池管理產(chǎn)品市場及應(yīng)用經(jīng)理文司華博士介紹說，該系列產(chǎn)品是TI首批可擴展電池監(jiān)控器，面向的是多節(jié)電池組的應(yīng)用。bq76920、bq76930和bq76940分別針對3~5節(jié)、6~10節(jié)、9~15節(jié)串聯(lián)電池應(yīng)用設(shè)計，可以在惡劣的充電條件和工作條件下限度地保證電池組的安全運行。

    在應(yīng)用方面，文司華指出，助踩式電動車（pedelec）在歐洲一些地方并不劃歸到電動車行列，而是劃歸到人力車當中。只要pedelec速度達到25km/h，其電動機就會停止。在爬坡和頂風(fēng)騎車時車主可能會感覺吃力，這時它就能起到助力的效果。這類產(chǎn)品就廣泛應(yīng)用了電池管理技術(shù)。

    在電力系統(tǒng)的發(fā)輸變配各個環(huán)節(jié)，都可以有不同級別的儲能電站（ESS）系統(tǒng)（將風(fēng)能、太陽能等輔助能源存儲在電池組里）并網(wǎng)至電網(wǎng)。ESS很多情況下都是集裝箱的形式，內(nèi)部包含電池、電池控制、熱管理等。同時，它可以方便地移動至其他地區(qū)。

    另外，電動叉車是由電池供電，其在起重、載重時要求放電速率要很大。電動工具的應(yīng)用場景越來越大，產(chǎn)品形態(tài)也越來越多。

    工業(yè)應(yīng)用需要多種類型的電池，從應(yīng)用上分，涵蓋了LEV（助踩式）、UPS和ESS、電動工具、設(shè)備（叉車）以及醫(yī)療設(shè)備。在電池組尺寸上，電池有單節(jié)、2至4節(jié)、5至16節(jié)以及大于16節(jié)之分。有的電池會更側(cè)重在寬泛的溫度范圍（-40℃~125℃）內(nèi)安全工作，有的電池則會側(cè)重在更長的使用壽命、快速放電、低頻次放電或超過100V的工作電壓等場景。從化學(xué)成分上分，又包括鋰離子、LiFePO4、PbA鉛酸、NiMH和NiCd、超級電容等。 

    典型的智能電池架構(gòu)如圖1所示，該電池包可以進行供電以及通信。BMS（電池管理系統(tǒng)） MCU可以寫入算法，提供智能化操作。從板級面積、成本控制以及一致性等考慮，電壓測量（電量均衡）、溫度測量、電流測量以及充電開關(guān)和放電開關(guān)的驅(qū)動都需要進行集成，即多節(jié)電池組的模擬前端（AFE），而bq76920、bq76930和bq76940正是這樣的產(chǎn)品。

圖1：典型的智能電池架構(gòu)。

    智能電池需要做到安全、測量（、全面測量電池狀況）、容量指示、健康指示（除電壓、電流外，還需要知道電池的使用壽命有多久）、電量均衡（多節(jié)電池串聯(lián)長期使用未做監(jiān)控可能出現(xiàn)單節(jié)電池極性反轉(zhuǎn)，鋰電池不允許出現(xiàn)此類情況）、黑盒取證（電池失效返修提供十次所出現(xiàn)問題的保修證據(jù)）、選擇性連接/斷開（極度的工作條件下通過算法斷開與外部的連接）以及自適應(yīng)性（根據(jù)不同的應(yīng)用場景做算法優(yōu)化）。

    該系列產(chǎn)品內(nèi)置ADC（14位ADC可測量電壓和溫度，16位“庫侖計數(shù)器”ADC可追蹤流過的電荷）與硬件保護功能。LDO（2.5V/3.3V可選）、電池均衡、MOSFET驅(qū)動等特性的集成能夠使板級空間銳減30%。一體化通用數(shù)字接口I2C能夠簡化設(shè)計。

    此外，該系列可以和電量計/微控制器bq78xxx（還未量產(chǎn)，2014年下半年上市）搭配使用（圖2）。作為AFE產(chǎn)品，鋰離子監(jiān)控器集成了所有參量的測量部分，再加上與TI標配的bq78xxx預(yù)編程配套微控制器結(jié)合使用，便形成了完整的turnkey解決方案。同時，bq78xxx提供了高靈活性、基于閃存的CEDV測量技術(shù)，幾乎可以替換任何微控制器。以往，單節(jié)電量計只能監(jiān)控一節(jié)電池，并且需要復(fù)雜的運放前端將電池電壓降下來，而bq78xxx則可以通過bq769xx去監(jiān)控每一節(jié)電池。

圖2：電池監(jiān)控器bq76940與電量計/微控制器bq78xxx搭配使用。