姚志軍

（飛思卡爾半導(dǎo)體（中國），天津300385）

引 言

隨著中國市場對電池需求的迅速增大，越來越多的公司加入到電池管理的開發(fā)、設(shè)計中來。飛思卡爾半導(dǎo)體適時推出多路電池管理芯片MM9Z1＿638。本文著重介紹MM9Z1＿638電池管理系統(tǒng)的搭建、各個模塊的功能，以及所用元件的選型，希望幫助讀者掌握基于 MM9Z1＿638的電池管理系統(tǒng)原理，并快速實現(xiàn)電池管理系統(tǒng)的設(shè)計。

1 MM9Z1＿638特性

MM9Z1＿638是一個全面集成的電池監(jiān)控器件。該器件可通過一個外部分流電阻進行精確電流測量，可通過使用內(nèi)部校準電阻分頻器或外部分頻器提供4路電壓測量，其包括一個內(nèi)部溫度傳感器，可貼緊電池并測量電池溫度，外加4個外部溫度傳感器輸入。

MM9Z1＿638包括LIN 2.2協(xié)議和物理接口以及一個MSCAN協(xié)議控制器，可通過外接一個CAN接口芯片與汽車總線連接。MM9Z1＿638特性如下：

◆寬電池電流測量，可實現(xiàn)片上溫度測量。

◆采用內(nèi)部電阻分頻器提供4塊電池電壓測量，采用外部電阻分頻器提供最多5個直流電壓測量。

◆電壓通道和電流通道間的測量同步。

◆5個外部溫度傳感器輸入，同時為外部溫度傳感器供電。

◆低功耗模式，采用低電流工作。

◆多喚醒源：LIN、計時器、高壓輸入、外部CAN接口、電流閾值和集成。

◆提供高精度內(nèi)部振蕩器，并提供與外部晶體的連接。

◆ 支持LIN 2.2/2.1/2.0協(xié)議和物理接口。

◆提供MSCAN協(xié)議控制器，能夠為8引腳和14引腳CAN接口供電。

◆S12Z MCU，帶有128 KB閃存、8 KB RAM、4 KB EEPROM。

2 MM9Z1＿638組成的電池監(jiān)控系統(tǒng)

單片MM9Z1＿638最多可實現(xiàn)對4塊鋰電池的監(jiān)控，組成的電池監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。其中，Vsup的正常工作電壓為3.5～28 V。Vbat1＝2.2μF，Vbat2＝100 nF。

圖1 MM9Z1＿638電池監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 電池電壓的測量

通過VSENSE0～3來測量4塊電池的電壓，如圖2所示。

其中，電池＃1的電壓應(yīng)為VSENSE0-（VSENSEL-VSENSEH），其他電池的電壓是兩個VSENSE的差。各通道電壓測量范圍如表1所列。

圖2 電池電壓測量

表1 各通道電壓范圍

2.2 電池電流的測量

如圖3所示，在電池的負端串接一個Rshunt電阻（分流電阻），通過測量Rshunt兩端的電壓，計算出電池的電流。Rshunt可以采用50～200μΩ。ISENSEH/L的正常測量范圍為-0.3～0.3 V。

2.3 電池溫度的測量

通過NTC來測量每一塊電池的溫度，把NTC貼在電池的表面，每一路溫度測量電路如圖4所示，溫度的正常測量范圍（PTB0～3）為0～1 V。

在測量溫度時，設(shè)置寄存器使PTB5接地。在溫度變化時，NTC的電阻會改變，通過測量PTBx的電壓來檢測電池的溫度。其中，x為0～3，元件的參數(shù)如表2所列。

圖3 電池電流測量

圖4 電池溫度測量

2.4 電池被動均衡

當某一塊電池的電壓比其他電池的電壓高時，需要通過放電來降低這塊電池的電壓，實現(xiàn)被動均衡。每塊電池通過一個開關(guān)與放電電阻相連，實現(xiàn)對電池放電。開關(guān)可以采用飛思卡爾的多路開關(guān)芯片MC33879，MM9Z1＿912通過SPI實現(xiàn)對 MC33879的控制，電路如圖5所示。

表2 元件參數(shù)表

圖5 MC33879控制電路

圖中，Cvpwr＝Cvdd＝100 nF，R可選用10～20Ω，VDDX為 MM9Z1＿912的5 V輸出，VSUP為電池組正端，PA0～PA3為 MM9Z1＿912的復(fù)用SPI接口。MC33879的每一路開關(guān)既可以接在電池正端，又可以接在電池負端來使用。

2.5 MM9Z1＿638的CAN總線接口

MM9Z1＿638支持CAN和LIN接口，LIN接口可以直接接LIN總線，CAN的接口是MSCAN，所以需要外接一個CAN接口芯片才可以接到CAN總線上?？梢赃x用飛思卡爾的MC33901或MC34901作為CAN接口芯片，接口電路如圖6所示。

圖6 接口電路

圖中，VDDX為從 MM9Z1＿638輸出的5 V電源，PA4/PA5為 MM9Z1＿638的 MSCAN輸入/輸出引腳，PA6為MM9Z1＿638的I/O接口。MM9Z1＿638可以通過PA6設(shè)置MM33901/MM34901工作在正?；虼龣C模式，CAVL端接的是120Ω的端接電阻，主要是用來匹配的（匹配電阻）。

3 電池監(jiān)控的例程

3.1 MM9Z1＿638的SPI初始化

MM9Z1＿638通過16位SPI來控制開關(guān)芯片

MC33879，相關(guān)的SPI配置寄存器格式如下。

SPICR1：

SPICR2：

SPIBR：

SPI的初始化函數(shù)如下：

3.2 電池被動均衡函數(shù)

通過控制開關(guān)芯片MC33879接合或斷開放電電阻，實現(xiàn)每塊電池的被動均衡。MM9Z1＿638通過SPI來控制MC33879的每一路開關(guān)?？梢钥闯觯刂崎_關(guān)1～4，只需要對Bit0～3進行置位（“1”，開關(guān)閉合）、復(fù)位（“0”，開關(guān)打開）的操作。

＃1電池的放電函數(shù)：

＃2電池的放電函數(shù)：

＃3電池的放電函數(shù)：

＃4電池的放電函數(shù)：

4塊電池全部斷開放電電路的函數(shù)：

MC33879的SPI格式如下。

LSB Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 ON/OFF Open Load Detect 8 ON/OFF Open Load Detect 7 ON/OFF Open Load Detect 6 ON/OFF Open Load Detect 5 ON/OFF Open Load Detect 4 ON/OFF Open Load Detect 3 ON/OFF Open Load Detect 2 ON/OFF Open Load Detect 1 ON/OFF OUT8 ON/OFF OUT7 ON/OFF OUT6 ON/OFF OUT5 ON/OFF OUT4 ON/OFF OUT3 ON/OFF OUT2 ON/OFF OUT1 MSB

結(jié) 語

通過介紹基于飛思卡爾電池管理芯片 MM9Z1＿638的硬件系統(tǒng)、軟件模塊，闡明了電池管理系統(tǒng)的設(shè)計流程，詳細分析了開發(fā)中的技術(shù)難題和細節(jié)。對于想要開發(fā)基于MM9Z1＿638的工程技術(shù)人員有直接的參考意義，同樣，對于開發(fā)基于其他電池管理芯片的設(shè)計也有一定的參考價值。

[1]Freescale.RD9Z1-638-4LiUG.pdf，2014.

[2]Freescale.QulBS＋Z＿MM9Z1＿638D1＿Rev3.0.pdf，2014.

[3]Freescale.KT33901UG.pdf，2014.

[4]Freescale.KT33901.pdf，2014.

[5]Freescale.KT33879UG.pdf，2014.

[6]Freescale.MC33879.pdf，2014.