T-BOX系統(tǒng)解決方案深度剖析之充放電管理

遠(yuǎn)程信息處理控制單元（TCU或T-BOX）是一種嵌入式車載系統(tǒng)，可應(yīng)用于車輛的無線跟蹤與通信等領(lǐng)域。

充放電管理

正常情況下，VBAT為負(fù)載供電的同時也會為備用電池充電；當(dāng)遇到突發(fā)狀況時（如撞車），VBAT無法正常供電，此時轉(zhuǎn)換成備用電池為負(fù)載供電。如下圖藍(lán)色陰影框圖所示，備用電池的充放電管理主要分成三個部分：電池組、充電器以及預(yù)升壓。

圖-1

1. 電池組

常用的蓄電池有Ni-MH，LiFePO4以及Li-Lon，其特點列舉如下表所示。

表-1

在汽車的領(lǐng)域中通常使用Ni-MH以及Li-ion。Ni-MH相對安全可靠，即使過量充電也不會產(chǎn)生高溫。而Li-ion可以在更小的體積內(nèi)實現(xiàn)更高的能量密度，且價格更低。世界領(lǐng)先的汽車制造商已經(jīng)將鋰離子電池應(yīng)用于E-Call 。

2. 充電器

1） 針對鋰電池的解決方案

鋰電池充電的過程可分為三步：當(dāng)電壓小于3V時，先進行預(yù)充電，電流為0.1C；當(dāng)電壓上升到3V到4.2V時，采用恒流充電，電流為0.2-1.0C；當(dāng)電壓大于4.2V時，采用恒壓供電，此時電流隨電壓的增加而減少，直到電量完全充滿。TI主推器件為BQ24081-Q1，優(yōu)勢如下：

高度集成的線性充電器件，集成了功率 FET 和電流傳感器，可提供高精度電流和電壓調(diào)節(jié)以及讀取充電狀態(tài)；

可通過設(shè)置外部電阻調(diào)節(jié)充電電流；

可實現(xiàn)電池容量、循環(huán)周期以及安全性的最大化；

非常適合低壓差的充電應(yīng)用；

可提供睡眠模式降低功耗；

封裝小，3mm × 3mm VSON10。

2） 針對鎳氫電池的解決方案

鎳氫電池充電過程也可分為三步：先快速充電（Fast Charging）恢復(fù)大部分容量；然后采用定時充電（Optional Top-off charge）恢復(fù)全部的容量完成充電；最后通過提供連續(xù)的脈沖涓流（Pulse-Trickle Charge）維護充電，從而補償電池的自放電。充電過程中的終點控制非常重要，可采用檢測電壓降（- ）、檢測電壓峰值、檢測最高溫度等終止充電。TI有專門針對鎳氫電池的充電管理方案，如BQ2002。然而這種方式成本較高。

當(dāng)成本受限時，也可采用LDO直接為鎳氫電池充電。因為LDO有輸出最大電流的限制，這樣就不會導(dǎo)致電流超標(biāo)。TI主推器件為TPS79801-Q1，優(yōu)勢如下：

寬輸入電壓范圍：3V到50V；

不需要輸入保護二極管；

輸出電流達50mA；

低壓差，典型值為300mV。

3） 針對磷酸鐵鋰電池的解決方案

磷酸鐵鋰電池是用磷酸鐵鋰（LiFePO4）材料作電池正極的鋰離子電池，它是鋰離子電池家族的新成員。由于它的性能特別適合作動力方面的應(yīng)用，又被稱之為磷酸鐵鋰動力電池。

它的充電算法與Li-Lon電池不同：首先電池快速充電到過充電電壓，然后慢慢下降到較低的浮動充電電壓閾值。該充電器集成了傳感器，能在電流電壓調(diào)節(jié)的回路中達到較高的精度。內(nèi)部控制回路還會通過充電周期監(jiān)測芯片結(jié)溫。如果超過內(nèi)部溫度閾值，則會降低充電電流。推薦的芯片為BQ25071-Q1。

3. 升壓電路

由于從電池組輸出的電壓較低（如Li-ion為4.2V），通常需要預(yù)升壓芯片將電壓升到5V為后續(xù)二級電源供電。TI推薦的TPS61085-Q1是一款具有強制 PWM 模式的汽車類 18.5V、2A、650kHz/1.2MHz的升壓轉(zhuǎn)換器。

審核編輯：郭婷