基于STM32F103和BQ76920的锂电池管理系统+C语言项目源码+文档说明

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STM32F103

BQ76920

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基于 STM32F103 和 BQ76920 的锂电池管理系统+C语言项目源码+文档说明（1003个子文件）

iar_cortexM3b_math.a 2.72MB

iar_cortexM3l_math.a 2.71MB

libarm_cortexM3l_math.a 2.56MB

arm_linear_interp_data.c 4.12MB

arm_common_tables.c 987KB

arm_dct4_init_f32.c 809KB

arm_dct4_init_q31.c 637KB

arm_dct4_init_q15.c 494KB

arm_rfft_init_f32.c 341KB

arm_rfft_init_q31.c 326KB

transform_tests_common_data.c 273KB

arm_rfft_init_q15.c 252KB

stm32f1xx_hal_i2c.c 239KB

stm32f1xx_hal_tim.c 238KB

tasks.c 162KB

stm32f1xx_hal_uart.c 132KB

stm32f1xx_hal_spi.c 125KB

stm32f1xx_hal_usart.c 98KB

stm32f1xx_hal_mmc.c 97KB

stm32f1xx_hal_sd.c 96KB

stm32f1xx_hal_irda.c 93KB

queue.c 92KB

stm32f1xx_hal_adc.c 89KB

stm32f1xx_hal_smartcard.c 83KB

stm32f1xx_hal_can.c 78KB

stm32f1xx_hal_tim_ex.c 78KB

stm32f1xx_ll_usb.c 77KB

stm32f1xx_hal_eth.c 76KB

stm32f1xx_hal_nand.c 72KB

stm32f1xx_hal_pcd.c 71KB

filtering_test_common_data.c 64KB

stm32f1xx_hal_i2s.c 61KB

stm32f1xx_hal_rtc.c 57KB

arm_cfft_radix4_q15.c 55KB

stm32f1xx_hal_adc_ex.c 50KB

stm32f1xx_hal_nor.c 50KB

cmsis_os.c 50KB

stm32f1xx_ll_sdmmc.c 49KB

stm32f1xx_hal_rcc.c 48KB

stm32f1xx_hal_dac.c 47KB

stm32f1xx_hal_hcd.c 47KB

stm32f1xx_ll_tim.c 44KB

arm_fft_bin_data.c 43KB

arm_conv_partial_fast_q15.c 43KB

stream_buffer.c 42KB

stm32f1xx_ll_adc.c 40KB

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timers.c 39KB

arm_conv_fast_q15.c 38KB

stm32f1xx_ll_fsmc.c 38KB

arm_correlate_fast_q15.c 36KB

stm32f1xx_hal_flash_ex.c 35KB

arm_cfft_radix4_f32.c 34KB

stm32f1xx_hal_sram.c 33KB

controller_test_common_data.c 33KB

stm32f1xx_ll_utils.c 30KB

stm32f1xx_hal_cec.c 29KB

stm32f1xx_hal_rcc_ex.c 29KB

stm32f1xx_hal_pccard.c 29KB

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stm32f1xx_hal_flash.c 28KB

port.c 27KB

stm32f1xx_hal_dma.c 27KB

fir_tests.c 26KB

fast_math_tests_common_data.c 26KB

conv_tests.c 25KB

arm_conv_partial_q15.c 25KB

event_groups.c 24KB

arm_correlate_q7.c 24KB

arm_conv_partial_q7.c 24KB

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biquad.c 23KB

arm_correlate_f32.c 22KB

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arm_mat_inverse_f32.c 22KB

arm_correlate_q15.c 22KB

lms.c 22KB

arm_biquad_cascade_stereo_df2T_f32.c 22KB

intrinsics_tests_common_data.c 22KB

arm_conv_q15.c 21KB

arm_conv_partial_f32.c 21KB

arm_conv_q7.c 21KB

arm_fir_q15.c 21KB

arm_conv_partial_fast_opt_q15.c 21KB

arm_conv_partial_fast_q31.c 21KB

arm_conv_partial_opt_q7.c 21KB

stm32f1xx_hal_gpio.c 20KB

stm32f1xx_hal_pwr.c 20KB

arm_correlate_q31.c 20KB

arm_conv_partial_opt_q15.c 20KB

arm_biquad_cascade_df1_32x64_q31.c 20KB

stm32f1xx_hal.c 20KB

arm_signal_converge_data.c 20KB

stm32f1xx_ll_spi.c 19KB

arm_correlate_fast_q31.c 19KB

arm_conv_partial_q31.c 19KB

arm_conv_f32.c 19KB

arm_fir_interpolate_f32.c 18KB

stm32f1xx_hal_cortex.c 18KB

arm_fir_decimate_q15.c 18KB

共 1003 条

LEDs

Analog Front End

BQ76930

SVS

TPS3839

Battery Management

Controller

MSP430

System +

System -

3.3 V

UART

SBW

Cell Balancing

10X CSD13381F4

Protection FETs

2X2 CSD19536KTT

TEMP

LMT01

ZHCU264C–September 2015–Revised February 2019

TIDUAR8 — http://www-s.ti.com/sc/techlit/TIDUAR8

含

节电池的电池组监测、平衡和综合保护、

50A

放电参考设计

设设计计指指南南：：

TIDA-00449

含含

节节电电池池的的电电池池组组监监测测、、平平衡衡和和综综合合保保护护、、

50A

放放电电参参考考设设

计计

说说明明

TI 设计 TIDA-00449 是一种即时可用并经过测试的硬件

平台，适用于对电动工具含 10 节串联电池的电池组执

行监控、平衡和保护。越来越多的电动工具使用高功率

密度的基于锂离子或磷酸铁锂电池的电池组，我们需要

防止这些电池组因充电或放电不当而发生爆炸。TIDA-

00449 在以持续高电流放电时，也符合电动工具电池组

的热要求。使用 2 层 PCB 实施此参考设计。

资资源源

TIDA-00449

设计文件夹

BQ7693003DBT 产品文件夹

CSD19536KTT 产品文件夹

CSD23381F4 产品文件夹

CSD13381F4 产品文件夹

LMT01LPG 产品文件夹

MSP430G2553IPW20 产品文件夹

TPS3839G33 产品文件夹

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特特性性

• 专为 36V（10 节锂离子电池或磷酸铁锂电池）而设

计的电池组，可实现 50A 最大持续放电电流

• 通过控制充电或放电 FET 监测电池电压、电池组电

流、电池组温度，以及平衡电池和提供保护

• 在放电过流、放电短路、过压和欠压情况下，均能

提供硬件保护

• 板载超小尺寸、低导通电阻、低 Q

和 Q

的

FemtoFET™ MOSFET，适用于高达每节电池

150mA 的无源平衡电流

• 适合装运的低静态电流、超低功耗状态

• 采用板载主机微控制器来支持实施电池电量监测

应应用用

• 电池供电的电动工具

• 电池供电的园艺工具

• 扫地机器人和园艺机器人

该 TI 参考设计末尾的重要声明表述了授权使用、知识产权问题和其他重要的免责声明和信息。

系统说明

www.ti.com.cn

ZHCU264C–September 2015–Revised February 2019

TIDUAR8 — http://www-s.ti.com/sc/techlit/TIDUAR8

含

节电池的电池组监测、平衡和综合保护、

50A

放电参考设计

1 系系统统说说明明

电动工具和园艺工具的电池组较常使用的电池类型为锂离子、锂聚合物或磷酸铁锂电池。这些化学物质的体

积能量密度和重量能量密度都非常不错。虽然此类化学物质可提供高能量密度，具备体积更小、重量更轻的

优势，但也会涉及到安全问题。相关问题包括欠压 (UV) 和过压 (OV)、过热 (OT) 以及过流 (OC)，所有这些

都会加速电池退化，并可能导致热失控和爆炸。

再加上电池组的数量和大小都有所增加，这些安全问题导致对保护、监测和平衡的需求也增加了。此外，空

间和温度也是设计电池组时需要考虑的重要因素。

TI 设计 TIDA-00449 提供了一种经过测试的硬件平台，适用于对含 10 节串联锂离子或磷酸铁锂电池的电池

组执行电池监测、平衡、保护和测量。此设计由以下几部分组成：

• 模拟前端 (AFE)，可监测电池和电池组的电压，以及电池组的电流和温度。AFE 还提供全面保护，其中

包括 UV 和 OV、短路以及 OC 保护。此外，它还可以驱动电池平衡电路。

• 用作电池管理控制器的微控制器 (MCU)，可配置 AFE 的参数、执行电量监测算法、采用电池平衡方案、

处理故障以及与电池组外部的系统进行通信。

• 由 AFE 控制的保护 FET，用于在充电或放电期间发生故障时断开电路。

LEDs

Analog Front End

BQ76930

SVS

TPS3839

Battery Management

Controller

MSP430

System +

System -

3.3 V

UART

SBW

Cell Balancing

10X CSD13381F4

Protection FETs

2X2 CSD19536KTT

TEMP

LMT01

www.ti.com.cn

设计特性

ZHCU264C–September 2015–Revised February 2019

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含

节电池的电池组监测、平衡和综合保护、

50A

放电参考设计

2 设设计计特特性性

TIDA-00449 使用 10S3P 电池组（30-42V，12.6Ah）。

此设计必须能够提供 50A 的持续放电电流和最大 9A 的充电电流。

TIDA-00449 必须提供全面保护，其中包括：

• 2.75V UV 保护

• 4.3V OV 保护

• 40ms 的 200A OC 保护

• 200µs 的 300A 短路保护

由于该电池组由 10 节电池串联组成，电池平衡也非常重要。4.2V 下的目标平衡电流为 150mA。

3 方方框框图图

图 1 显示了系统方框图。

图图 1. TIDA-00449 系系统统框框图图

SENSE _ OCD _ MAX

100 mV

R 0.5 m

200 A

= = W

SENSE _ SCD _MAX

200 mV

R 0.667 m

300 A

= = W

THRESHOLD

SENSE

LIM

电路设计和组件选择

www.ti.com.cn

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含

节电池的电池组监测、平衡和综合保护、

50A

放电参考设计

4 电电路路设设计计和和组组件件选选择择

4.1 AFE

4.1.1 器器件件选选择择

bq769x0 系列的强大 AFE 设备可用作下一代高功率系统（如电动工具）的完整电池组监测和保护解决方案

的一部分。bq769x0 在设计时充分考虑了低功耗要求，不仅可通过启用/禁用集成电路 (IC) 中的子块来控制

整个芯片的电流消耗，而且还可以利用运输模式将电池组轻松切换至超低功耗状态。

bq76930 最高支持 10 节串联电池或典型的 36V 电池组。该 AFE 可以测量各种电池化学物质，包括锂离

子、磷酸铁锂等。通过 I

C，主机控制器可以使用 bq76930 来执行多种电池组管理功能，例如监测（电池电

压、电池组电流、电池组温度）、保护（控制充电/放电 FET）以及平衡功能。集成式 ADC 可实现对关键系

统参数的纯数字读取，这些参数的校准在 TI 制造过程中进行处理。

4.1.2 电电流流感感测测

在设计电池组监测、平衡和保护电路时，首先要做的工作之一是选择传感电阻器。为此，请考虑短路电流限

制 (SCD) 和过流限制 (OCD)，以及 AFE 使用的电压阈值设置。请注意，在电池管理控制器中可以进一步实

施其他电流限制阈值，以实现更详尽的保护方案（请参见节 4.2.3.1）。

此设计的目标是：300A 左右的 SCD 持续 200μs，200A 左右的 OCD 持续 40ms。您可以在 bq76930 产品

说明书 (SLUSBK2) 的第 36 页和 37 页查看电压阈值设置。SCD 和 OCD 的电压阈值最大值分别为 200mV

和 100mV。根据欧姆定律，SCD 的传感电阻器最大值为 0.67mΩ，OCD 的传感电阻器最大值为 0.5mΩ，

如公式 2 和公式 3 中所示。

(1)

因此，

(2)

(3)

所选的 R

SENSE

等于 0.5mΩ。

为了采用 300A 的 0.5mΩ 传感电阻器，电压阈值现已经过重新计算。重复利用公式 2 可为 SCD 提供

150mV 的电压阈值。bq76930 产品说明书 (SLUSBK2) 第 36 页的表格中未列出 150mV，但列出了

155mV；因此，采用 155mV 为 SCD 提供 310A 的电流。

此应用的最大持续电流为 50A，这意味着使用 0.5mΩ 的传感电阻器时，会消耗 1.25W 功率。

考虑到所有这些因素（包括功耗方面的一些优势），可以并联使用三个 1.5mΩ 的 2512 1% 2W 电阻器装

置。使用 SCD 和 OCD 比较器持续监测传感电阻器的电压，从而提供保护。该电压还会被馈送至 16 位集成

式 ADC（通常称为库仑计数器 (CC)），该 ADC 会测量电流传感电阻器上累积的电荷。

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电路设计和组件选择

ZHCU264C–September 2015–Revised February 2019

TIDUAR8 — http://www-s.ti.com/sc/techlit/TIDUAR8

含

节电池的电池组监测、平衡和综合保护、

50A

放电参考设计

4.1.3 保保护护 FET

现在，我们已选择好传感电阻器，下一步是设计保护 FET。

这些 FET 用于在发生故障时断开电路。表 1 显示了放电 FET (DSG) 和充电 FET (CHG) 何时设断开状态。

对于这两个 FET，采用单独控制的方式，即使发生某种故障，也可以安全地使用电池组。例如，如果电池组

已完全放电，则会触发 UV 故障，从而断开 DSG FET，防止放电电流进一步流动。与此同时，CHG FET 保

持闭合状态，允许所施加的充电电流流动。

表表 1. CHG 和和 DSG 对对不不同同事事件件的的响响应应

事事件件 CHG FET 断断开开 DSG FET 断断开开

OV 故障是 —

UV 故障 — 是

OCD 故障 — 是

SCD 故障 — 是

警报覆盖是是

已设置 DEVICE_XREADY 是是

从正常模式进入运输模式是是

在不需要保护 FET 的情况下，TIDA-00449 为用户提供了两个焊盘以绕过保护 FET。7.4 节中提供了更多详

细信息。

4.1.3.1 FET

选选择择

要选择 FET，请考虑以下四个主要参数：电压、电流、热性能和 FET 的开关时间。

FET 的额定电压必须高于每节串联电池约 5V 的直流电压，以及每节串联电池的 10V 瞬态电压。在本设计

中，装置使用了 10 节电池串联，这意味着 FET（Q13、Q14、Q15 和 Q16）的额定电压应高于 50V 直流

电压和 100V 瞬态电压。

TIDA-00449 的电流要求如下：75A 持续电流，300A 电流持续 400μs，200A 瞬态电流持续 40ms。

在热性能方面，要优先考虑使用尽可能低的 R

DSON

值，以便最大程度地减少这些 FET 的功耗。此外，封装

也是一项关键因素，因为它应该能够承受热损耗并有效地消散 PCB 或散热器的热损耗。

最后，断开和闭合 FET 所需的时间也至关重要。这主要受 BQ76930 AFE 中栅极驱动器的强度和 FET 的栅

极电荷的影响（请参见节 4.1.3.2，了解更多详细信息）。

本设计将所有这些参数均考虑在内，并联使用了两个 CSD19536KTT。CSD19536KTT 是一个 100V、

2mΩ、超低 Q

和 Q

的 D

PAK (TO-263) NexFET™ 功率 MOSFET。

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2401_82612609

2024-12-15

非常有用的资源，可以直接使用，对我很有用，果断支持！

程序员无锋

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