1 應用簡報

引言

電池管理系統 (BMS) 可受益于其電芯監控單元 (CSU) 上用于監測鋰離子電池的額外通用輸入和輸出 (GPIO) 引腳。鋰離子電池（尤其是電動汽車中的鋰離子電池）需要監測電池電芯的電流、電壓和溫度，以確保系統正常運行且安全。除了監測電池電芯的參數外，CSU 還可以在系統斷電時使用電可擦除可編程只讀存儲器 (EEPROM) 來存儲信息。這些信息可能包括系統參數、電池運行狀況信息、序列號和維護記錄。遺憾的是，監測電池電芯的所有數據需要 CSU 具有非常多的 GPIO，這會阻止 CSU 使用 EEPROM 或監測更多電池電芯。但是，多路復用器可用于提高系統功能，而無需升級到更大的 CSU。BQ79616-Q1 是一款流行的 BMS CSU，可使用 TMUX1308-Q1 8:1 多路復用器將其 8 個 GPIO 增加到 12 個 GPIO（配置如圖 1-1 所示）。

圖 1-1 TMUX1308 多路復用器在電池管理系統中擴展 BQ79616 GPIO

圖 1-1 所示為 TMUX1308-Q1 擴展 BQ79616-Q1 的 GPIO 以監測多個溫度傳感器。該圖顯示僅使用三個 GPIO 來控制多路復用器，使用一個 GPIO 接收來自熱敏電阻的信息，僅使用四個 GPIO 來監測八個熱敏電阻。

信號鏈性能影響

在熱敏電阻和 CSU 之間的路徑中添加多路復用器等附加元件時，通常會擔心這會如何影響應用的整體功能和性能。TMUX1308-Q1（和任何其他多路復用器）會增加路徑的電阻和漏電流，但影響非常小，甚至無法檢測到。對于此類應用，熱敏電阻通常連接到高阻抗輸入，這將使信號路徑基本上看不到任何串聯電阻，因為 TMUX1308-Q1 最多只有 1700Ω。在實現多路復用器時，泄漏是第二個需要考慮的問題，但是它也可以忽略不計，如圖 1-2 所示。

圖 1-2 TMUX1308-Q1 與 TMP64
結合使用

結合使用 TMP64 和 TMUX1308-Q1 獲取上述元件圖。當 VBias 設置為 5.5V 且環境溫度為 25°C 時，RTMP64 將約為 47kΩ，從而創建一個 VTemp 等效于 2.75V 的分壓器。現在，考慮到 TMUX1308-Q1 在 25°C 時的典型漏電流為 1nA，且 RON 約為 230Ω，這將導致可忽略不計的 230nV 壓降（0.0000086% 誤差）。然而，隨著溫度升高到 125°C，RTMP64 現在約為 80kΩ，VTemp 電壓約為 3.45V。在這個溫度和電壓下，器件的 RON 現在接近 370Ω，最大漏電流為 800nA。這會導致 296uV 的壓降，產生的誤差為 0.00857%。

總體而言，先假設實施新元件或器件時，信號鏈可能會受影響；但在向該應用添加所需功能時，可以看到 TMUX1308-Q1 受到的影響極小。

將 EEPROM 添加到電池監測器

電池管理系統可通過將關鍵信息存儲在 EEPROM 中來改善其電池運行狀況和安全性。例如，EEPROM 可以存儲配置并記錄系統的運行狀況歷史記錄。圖 1-3 顯示了與 BQ79616-Q1 結合使用的 EEPROM，該 EEPROM 能夠使用 8:1 多路復用器監測八個熱敏電阻。

圖 1-3 整個系統中的 BQ79616-Q1
方框圖

通常，EEPROM 使用串行外設接口 (SPI) 連接系統，該接口包含兩個數據通道、一個時鐘和一個芯片選擇。如果 EEPROM 通過多路復用器連接到 CSU（如圖 1-4 所示），則所選的多路復用器需要具有低導通電容 (C_ON)，以確保 SPI 數據和時鐘信號不會出現問題。

例如，SN3257-Q1（四通道二對一多路復用器）可以準確高效地將 EEPROM 和熱敏電阻連接到 CSU，因為 SN3257-Q1 具有低 C_ON (8pF) 和低 R_ON (2Ω)。圖 1-4 展示了 BMS 的替代布局，該布局使用 SN3257-Q1 將熱敏電阻和 EEPROM 連接到 BQ79616-Q1。

圖 1-4 SN3257-Q1 與 BQ79616 和 EEPROM 結合使用

總結

添加一個 8:1 或 4 通道 2:1 多路復用器是增強電池管理系統功能的有效方法。多路復用器可以提高 CSU 監測更多熱敏電阻或釋放額外 GPIO（可用于連接 EEPROM）的能力。如果應用處理模擬信號（例如使用熱敏電阻），則較低的多路復用器 R_ON 有助于獲得準確的讀數。如果多路復用器用于數字信號（例如 EEPROM），則較低的多路復用器 C_ON 有助于防止上升沿和下降沿的失真。