聊聊最近做4串铁锂启动电瓶的一些事，发现一颗牛逼的BMS芯片

(原)peigang

最近在做一个4串铁锂的汽车启动电瓶，用的32650，4串10并，12V57AH，准备替换汽车上的铅酸启动电瓶。

为什么用32650呢？因为前段时间手痒买多了。其实用大单体更方便，10并的32650用了大量的螺丝，连接板是买的1MM紫铜板做的，折合截面积50平方，又打孔又喷漆，有些地方还要弯折，可玩死了。

主要思路是4串铁锂裸奔，不使用保护板，保护板的MOS管是个高故障率的东西，汽车上需要最大程度的可靠性。加一个均衡板，均衡器还是需要的，汽车发电机的电压在14.5V左右，平均到4串电池上，每节会达到3.625V，稍不均衡就会过充。

经过一段时间研究，参考了坛友的经验，买了个阜能的5-8A主动均衡器，就是上图里这个。这个均衡器比较猛的，均衡很快，实测8个小时可以均衡到压差3毫伏，而且没有明显发热。其他的电感类和飞度电容的4串主动均衡板我也有，速度精度都不如这个。下图是店家提供的曲线，我实测差不多。

唯一的缺点是工作电流比较大，有16-20毫安的电流。这个电流看着不大，在汽车上长期使用的话，每天要消耗掉0.48AH的电量，在我的车上，57AH电瓶大约可以待机50天，加上这个20ma，待机时间会降到35天，这个有点忍不了。

这个主动均衡器上有两根细的黑线，短接才开始工作，就是下图里拧在一起的。我测了一下，有一条跟电池正极是零电阻，它就是根导线，连上电路就有电了，好神奇，本来我还以为会不会有什么控制电路。掌柜说这个是用来做第三方控制的。

有了这个就好办了，我准备做个控制电路，来根据需要控制均衡器。又研究好久，最后选中了一颗国产的芯片，如韵电子的极低功耗电压检测芯片CN301，工作电压2-6V，静态电流1.8微安。正好可以接在1串电池上，规格书上给出了基本的原理图，芯片可以工作在单串电池上，通过控制MOS管，可以控制4串电压的输出。看起来电路比较简单，先从简单的开始弄。

然后就开始画PCB，因为对自己不放心，我新手，我觉得我肯定会做错的，所以没直接打样，开始是用热转印法自己做的PCB。

热转印法遇到点问题，转印不完全。不过有办法，掏出来英雄记号笔一阵涂，劳资把它全涂上。

这个板子设计是扣在电池上的，电池电极上有几组螺丝，扣上拧紧，覆铜面压住电极，这样就不需要接的乱七八糟的线。

三氯化铁腐蚀以后焊接CN301和其他元件，这个板上用的电阻、LED都是直插带引脚的，尺寸比较大容易操作。

手工焊接的CN301，丑是丑了点。

其实CN301还有MOS管是很小的，就这么大，拿起来都费劲。

PCB是在立创EDA上画的，立创EDA上手很快。因为不熟悉，第一块板子打印热转印图时没有选镜像，做完发现全是反的。第二块腐蚀时间不够，PCB还有点黄绿色的，测下来发现漏电。最后做到第4块，终于差不多了。

不断的调整参数，最后确定元件的规格，主要是分压电阻的阻值还有MOS管的分压，确保VGS不过高等等。
这个电路在14.15V时开启，13.2V时关闭，这个差值是CN301的开关阙值决定的。规格书里写的CN301的LBI脚电压为1.2V会输出高电平，1.14V时输出低电平，这个压差叫迟滞。但是这个迟滞范围在4串的电压范围是放大的，放大了十多倍，而且根据实测计算，关闭电压应该是在1.12V左右。这个迟滞范围不是很满意，有点大了。为什么设置在13.2V关闭，是因为铁锂的放电曲线比较平坦，单串3.3V是最大的容量区间，太低可能会过度消耗电量。

这个电路的静态电流用掉4串的2.5微安，外加单串的1.8微安，跟个电子表差不多。单串的额外消耗可以忽略不计，太小了充电时均衡器瞬间就能均衡掉。虽然不太满意，也能凑合用了。

本来想加个延迟电路的，后来实测发现充电以后电压降到13.2V之间还有不少电量，大约0.5AH的样子，足够均衡器工作一天了，不需要了，就是熄火以后风扇可能会运转强制散热，电压可能会跌到13.2V以下，这时候就不会继续均衡了。

经过一轮折腾，感觉这么小的元件也能弄，有点膨胀了，接下来把元件都改成了贴片的，重新画了PCB，在立创打的样，5*8CM，30元做了5片。这是立创发回来的板子，多给了一块。


先手工用电烙铁焊了一片，手艺太菜，焊盘、LED都烫坏了都没焊好，直接报废。

又琢磨改用热风枪和锡浆，把锡浆涂在焊盘上，把元件放在上面，热风枪吹一圈就好了，最后的成品：

这片给了坛友Z2315。412028A是我在立创的编号，怎么感觉是日本小电影的既视感？

左侧是输入，接4串电池，右侧是输出，用排线接到电池外壳上，可以在外壳上做个电压检测口。为了防止意外短路，设置了5个500ma的自恢复保险丝。我发现业余做电池，很容易不小心短路。2个插座的第6口是给均衡器的电源，也有保险丝，随便捣鼓，哪怕均衡器挂了，也不会有事。主要为了安全，放汽车上不是闹着玩的。给均衡器供电时板子上的LED会亮，增加大约1.5ma的电流。接到外壳上可以就近接个LED，在外面就可以看到均衡器的供电状态。

左侧的JP1是我用的，这里设计是一个2.54间距的6P双排针，用来插到基板上。Z2315在这里焊了个6P插座。


原理图和PCB在立创EDA上已经共享了，有愿意玩的搜索"CN301"就能搜到，可以直接导出gerber制造文件，发给打样的厂家就能做出板子来。背面的线路我改了一下，有一条离螺丝孔太近，不安全。还有个预留的TVS焊盘取消了，MOS管是耐压30V的，不需要了。现在PCB是1.2版的。

元器件很便宜，CN301是5毛一个，国产芯片就是便宜，玩着不心疼。贴片电阻LED大概二分钱左右一个，AO3400/3401、贴片保险丝在一两毛一个，直接成本块把钱/片，就是PCB打样贵一些。立创EDA这点很方便，搞的我们都是免费为它打工的。


最后说下坛友Z2315，这位是真土豪，为了做个铁锂电瓶，据我所知电池箱最少换了3个，而且都不是便宜货，一个都一百多。均衡器试了N种，连电池不爽了都换一遍。

BMS芯片下篇说，先到这里

(原)peigang

占位说下这个BMS芯片。
做完这个板子，小心眼又活动了，又膨胀了，想用单片机做个符合我自己要求的4串智能板。几年前玩过一下STC单片机，还是很简单的。当时还买过一片天马的2.2寸液晶屏，SPI总线，资料不全，只给了个看得一头雾水的初始化代码，我只好到处去学习别人的代码，自己写了个例程，在数码之家共享了。链接在这里：http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=539657，我在数码之家也是同名，单片机不是太怵。

这个智能板需求大概是这样：1、电池电压检测，精确到1mv；2、不需要MOS管充放电保护；3、电池温度检测；4、控制主动均衡器，或者集成主动均衡电路；5、带一个蓝牙模块，做一个手机APP，用手机来查看电池状态；6、待机功耗低。暂时只是这些需求，先从简单的做起，以后再考虑电流、容量检测。

我来捋一下，一个BMS系统，大概是由这些部分组成：

1、一个能接多节电池的芯片，有多选一电子开关，将单节的电压转换输出给ADC。这个电子开关叫MUX(多路复用器)。通道的切换一般有通讯总线，比如I2C，单片机发送指令给芯片，芯片就切换。
比较老的有凌特公司的LTC68XX系列，不过凌特公司被收购了。我买过一块电动汽车上用的BMS板子，就是用的LTC6802芯片

TI公司有一大堆这样的芯片，从几串到几十串。我买过几片BQ76925，这个芯片是3-6节的模拟前端（AFE）。

2、一个或几个ADC，用来将电压、电流信号转换成数字信号。要精确到1mv，需要16bit的精度。一个高精度电压基准，用来跟ADC数值进行比较，得出正确的电压值。
3、一个蓝牙模块；
4、一个单片机，用来控制前端的AFE和ADC，获得数据以后发送给蓝牙模块。
5、当然还需要一个供电模块。
为了简化电路，我主要关注自带16bit ADC的单片机，带16bit ADC的单片机很少，买了几片MSP430F4250。

那会我的想法还没有确定，只是到处闲逛，看到有兴趣的器件就买回来研究下。还是学到不少东西，电池组是串联的电压，电压很高，单片机通常工作电压在6V以内，单片机一旦接触到高电压马上就烧毁，如何限制电压范围是个很头痛的事。所以会发展出前端AFE这样的器件，通过MUX来切换。上面那块BMS板子，LTC6802旁边还有颗芯片ADUM1401。查了资料才发现，这是颗4通道数字信号隔离器，用来隔离总线（CAN、RS-232、RS-422/485、I2C、PROFI-BUS等）。

它不是常规的光耦，是类似变压器的磁耦，做在一片薄薄的芯片里，都是黑科技


逛着逛着，有天搜到一个芯片：中颖电子的SH79F329

我一看，上面列的那5条，它有4个，就少一个蓝牙模块。这居然是个可以直接接高电压的单片机，支持2-5串电池（大老鹰应该最喜欢了，5串钛酸锂呀），带16位ADC，还带3V输出，直接就可以给蓝牙模块用，然后我就来劲了，去尼玛的MSP430，去尼玛的BQ76925，我得弄个玩呀

一路搜到中颖官网指定的淘宝店，店里没有上架，给了我一个中颖工作人员的电话，上班时间不好明目张胆打，先试试加微信，还真加上了，更没想到的是，这人是中颖的高级工程师张圣。

跟张工聊了下，张工送了我5片样片，一个EVB演示板，烧录器需要自己买，这些东西我现在都拿到了。


这个EVB演示板有点旧，我看了下，貌似是个完整的BMS系统。MOS管是用来充放电保护的。有电流采样电阻。上方有个JTAG插口，是用来烧代码的。下方有个三脚的SMBUS总线，中颖有个硬件盒子叫Smart Tools，有专门的上位机软件，可以读取其中的各种参数。2个蓝色的是热敏电阻，用来读取温度。
背面有均衡电阻，这个芯片是带被动均衡的，片内最大40ma，板子上的均衡电阻是24欧，通过驱动MOS管扩流，实现大约150ma的均衡电流。

我要这个板子是为了看下别人的设计，新手从头开始会比较懵。
JET51A仿真器和Smart Tools盒，花了我好几百，又大出血了


例程，可省事了

张工告诉我，这个芯片是07年设计定型的，规模生产是在2010年，我觉得拿到今天仍然没有过时。现在TI等公司的芯片都是分立的，一个系统需要几片芯片，这样单芯片的很少。当年设计时可能没有想到连接蓝牙这种应用，没有设计个UART串口，用的是SMBUS总线，这个总线做笔记本电池比较方便，每个电脑都有SMBUS总线。我觉得好像不是太大问题，可以用IO口模拟串口。

我看过一篇文章，"只聚焦IGBT，AFE电池前端采集芯片呢？"，文章说现在前端AFE都是外国厂商的芯片，国产的十几年前就有了。

中颖蓝牙模块也有，叫SH87F8801。我看了下，大概类似TI的CC2540，张工答应也送我样片，暂时还没有拿到。

赶紧写完，拖太久了

(原)peigang

占这个楼汇报下进度，也许很久，工作比较忙

补充内容 (2019-3-23 09:13):
3月23日补充：刚在立创EDA建了库，立创没有，克隆个别人的TQFP48元件改一下就好了。最近好忙

(原)heifu

有钱任性啊 汽车启动电瓶铅酸寿命很长的 性价比很高的 用什么锂电池 简单的事搞得这么复杂  不明觉厉

来自:Android客户端

(原)一刀仙

目测这个帖子要火，占个坑收广告费。

tyuka

看完了。
原来那个均衡器是串并转换的

(原)cgmax

占个坑 再说~~~~

三杯五粮液

支持折腾。
按说32650的一致性应该是可以的，这种情况下其实可以考虑裸奔。当然要测试一下单体在3.3-3.65这段虚电下的一致性吧。我的车上发电机实测输出电压是14.3-14.5伏，如果单体均衡还真没必要上板。

(原)ehftlov

流弊，DIY玩家 加精的水平

(原)sandyazs

学习下，，，，，，，