MP2797でバッテリーの安全性を向上する
はじめに
電動工具、掃除機、電動バイク、キャンプ用の屋外電源など、バッテリー駆動のアプリケーションにより、現代の生活はより便利になりました。アプリケーションでワイヤレス充電がより広く使用され続けるのに伴い、リチウム電池の安全性に対する関心が高まっているため、設計者は電池のモニタリングおよび保護ソリューションの開発に目を向けています。
電池パックは、直列に接続された複数のリチウム電池で構成されています。リチウムイオン・バッテリーには、内部短絡、高温、および過電圧 (OV) の3つの異なるタイプの障害イベントがあります。これらのイベントのどれかが発生すると、セルの温度が一連の内部化学反応を引き起こすしきい値に達する可能性があります。これらの反応は熱とガスを発生させ、火災や爆発を引き起こす場合があります。
MP2797は、7セル～16セルのバッテリーマネジメントシステム (BMS) をサポートする堅牢なバッテリーマネジメントICで、これらの障害を防ぎ、バッテリーの安全性を維持するのに役立ちます。MP2797は、完全なアナログ・フロントエンド (AFE) モニタリングと保護、I2CまたはSPI通信を提供し、8ビット巡回冗長検査 (CRC) をサポートします。
バッテリーの電圧と電流のモニタリング
バッテリーパックの状態をリアルタイムで取得し、バッテリーを安全に使用するには、高精度のバッテリー電圧および電流モニタリングが重要です。MP2797には、15ビットADCと16ビットADCの2つの個別のアナログ・デジタルコンバータ (ADC) が統合されています。
15ビットADCは、各チャネル (最大16チャネル) の差動バッテリー電圧を測定することにより、セル電圧をモニタします。ADC電圧測定誤差は、室温で±5mVです。
一方、16ビットADCは、外部電流検出抵抗を介して充電 / 放電電流を測定することにより、電流をモニタします。ADC測定誤差は、室温で0.5%を超えません。
図1は、セル電圧測定と電流測定の誤差曲線を示しています。
図1: セル電圧測定と電流測定誤差曲線
バッテリー温度モニタリング
バッテリーの充電および放電プロセス中に、内部抵抗、バッテリーレイアウト、およびその他の要因によって、バッテリー温度と周囲温度に差が生じることがあります。バッテリーはさまざまな温度で寿命が異なるため、マルチストリング・バッテリーパック内のセルの温度を知ることは役に立ちます。
チップの温度を測定するだけでなく、MP2797は15ビットADCを多重化して、外部NTCサーミスタの温度をサンプリングできる4つのチャネルを提供します。
図2: 4チャネルNTCサンプリング
セルバランス管理
バッテリーパックを長時間充電および放電すると、各セルの電圧が不均衡になり、化学インピーダンスが逸脱する可能性があります。バランスの取れていないセルでパックが動作し続けると、バッテリーパックの寿命が短くなる可能性があります。セル電圧の差が大きい場合は、セル間の不一致を減らすためにセルバランスを実装することが重要です。
MP2797は、最大50mAの電流で内部バランスをサポートできるセルバランスMOSFETを統合しています。外付けのバランスMOSFETを駆動することにより、より大きなバランス電流を実現できます。
図3に、外部バランスの参考回路を示します。
図3: セルバランス基準回路
バッテリー保護
MP2797は、バッテリーパックに包括的で信頼性の高い保護を提供し、すべての保護しきい値を設定できます。堅牢な保護の一部を以下に示します。
- 充放電過電流保護 (OCP)
- 充放電短絡保護 (SCP)
- シングルセルの低電圧保護 (UVP) と過電圧保護 (OVP)
- バッテリーUVPとOVP
- セルの低温 / 高温保護
- ダイの高温保護
MP2797には、複数で並列のNチャネルMOSFETを駆動できるハイサイド (HS) ドライブも統合されています。ローサイド (LS) ドライブと比較して、HSドライブは、マイクロコントローラ・ユニット (MCU) との通信を維持しながら保護をトリガーできるため、システムはバッテリーパックのリアルタイムステータスを継続的に取得できます。
さらに、MP2797は、プリバイアス回路を使用せずに放電MOSFETをソフトスタートできます。
図4は、MP2797の代表的なアプリケーション回路を示します。
図4: MP2797の代表的なアプリケーション回路
その他の機能と利点
MP2797の専用機能には、低電流スタンバイモード、負荷 / チャージャ挿入検出、高電圧および低電圧GPIO、開放回路検出、連続バッテリー障害マーカーが含まれます。このICは、保護しきい値用の、ロック可能で複数回プログラム可能な (MTP) メモリも提供し、ランダムなバッテリー接続をサポートします。これは、TQFP-48 (7mm x 7mm) パッケージで提供されます (図5参照)。
図5: MP2797 IC
設計スキーム
MP2797は、2～16個のスタックセル・バッテリーパック残量ゲージMPF42790に互換性があります (図6参照)。MPF42790は、システムのMCUを活用してバッテリーパックの読み取り値を提供することにより、あらゆるタイプのAFEと組み合わせることができる柔軟な設計スキームを備えています。
図6: MPF42790の代表的なアプリケーション回路
結論
MP2797は、高精度のバッテリー電圧および電流モニタリング、温度モニタリング、セルバランス、および包括的な保護機能を提供します。リチウム電池の安全性が電池駆動のアプリケーションにとってより重要になるにつれて、MPSは、安全性を保証し、バッテリーの寿命を延ばす広範囲のバッテリーマネジメントシステムのモニタリングおよび保護ソリューションを提供し続けます。
_______________________
興味のある内容でしたか? お役に立つ情報をメールでお届けします。今すぐ登録を!
アカウントにログイン
新しいアカウントを作成