典型吸尘器／扫地机器人BMS拓扑

作者：Li, Jayden

近年来，无绳吸尘器和扫地机器人越来越普及，给人们的生活带来了极大的便利。而电池包作为吸尘器和扫地机器人的核心部件，不仅关系到产品的使用体验，同时也关系到用户的生命安全，因此需要格外地关注。

无绳吸尘器电池包目前市面上主要为7串电池组，有时也会为5串或6串。而扫地机器人的电池包，目前主流则为4串。根据不同的需求，可以将吸尘器/扫地机器人电池组的BMS拓扑分为三类：电量计型，模拟前端+MCU型，硬件保护型。下面分别对这三种BMS拓扑以及相应的TI产品进行介绍。

电量计型

如图1所示为电量计型BMS拓扑示意图。仅电量计单颗芯片，结合电流采样电阻，保护开关构成电池包。该方案的优点是使用单颗芯片即可实现电量计算，电池监控以及保护。

图1. 电量计型BMS拓扑

图1中采用的电量计为BQ40Z80。该电量计支持2-6s电池组，采用TI特有的阻抗跟踪算法，电量精度可达1%，并且能够对电池老化进行跟踪，在电池老化的情况下仍然能够保证高电量精度。BQ40Z80集成了过压，欠压，过流，短路，过温，欠温等20多种保护功能，可以对电池进行全方位的保护。而集成的高边驱动则可以保证即使在保护触发后，电量计仍然能够和主机进行通信。此外，BQ40Z80还集成了内部均衡电路，保证了不同电芯之间的电量均衡，延长了设备的整体续航时间，提升用户体验。

此外，对于4串的电池包，还可以使用BQ40Z50，支持2-4s，功能和BQ40Z80类似，感兴趣的读者可以在TI官网上查找完整的产品资料，本文不再赘述。

模拟前端+MCU型

图2所示为模拟前端+MCU型BMS拓扑示意图。该拓扑与电量计型类似，只是将电量计替换为模拟前端和MCU。该拓扑和电量计型拓扑相比，该方案不再自带电量计算功能，但仍可通过MCU结合电压电流采样数据进行电量计算，电量精度取决于采样精度和电量算法。

图2. 模拟前端+AFE型BMS拓扑

图2中采用的模拟前端为BQ76942，支持3-10s应用。BQ76942同样集成了过压，欠压，过流，短路，过温，欠温等多种保护功能，可以对电池进行全方位的保护。集成的高边驱动则可以保证即使在保护触发后，仍然能够和主机进行通信。此外，BQ76942也集成了内部均衡电路，保证了不同电芯之间的电量均衡，延长了设备的整体续航时间。对于低边保护方案，推荐使用TI的BQ76930 (6-10s)和BQ76920 (3-5s)，当然也可以和TI的高边驱动BQ76200搭配使用，实现高边保护。对于MCU，TI的430系列有丰富的产品，可以满足各种应用需求，因本文主要聚焦模拟产品，就不在此赘述。

硬件保护型

图3所示为硬件保护型BMS拓扑示意图。仅由保护IC，结合电流采样电阻，保护开关构成电池包。该方案的优点很明显： 简单，价格便宜。但缺点同样明显： a. 功能有限，仅支持保护功能，并且保护值不可配置，灵活性较差； b. 不具备电量计算功能，需要主机端额外具备电量计算能力。因此该拓扑更适合应用于低成本或者主机侧能力较强的场合。

图3. 硬件保护型BMS拓扑

图3中采用的保护IC为BQ77915，支持3-5s应用，对于5s及以上串数的应用，可以将若干BQ77915级联使用，最多可支持20s。BQ77915集成了过压，欠压，过流，短路，过温，欠温等多种保护。过流保护延时是可配置的。并且BQ77915也集成了内部电池均衡电路，可保证不同电芯之间的电量均衡，延长了设备的整体续航时间。

若实际应用不需要电池均衡，则可以选择性价比更高的BQ77905。

上述两款保护IC，TI均提供了不同配置的型号供客户选择，若现有型号仍然不能满足实际应用的需求，可联系对应的销售团队进行定制满足要求的产品。

另外，某些产品会对保护提出更高的要求，需要具备二段保护，来进一步提高电池包的防护等级。对于有二段保护需求的用户，推荐使用TI的BQ7718系列产品，和BQ77915一样，TI提供了多种配置供用户选择，并且若产品列表里没有合适的型号，同样可以联系对应的销售团队进行定制。