bq76940 电池监控 IC 详细介绍

一、概述

bq76940 是由德州仪器 (Texas Instruments) 提供的一款高度集成的电池监控 IC，专为多串电池组（如锂电池组）设计，主要用于电池保护、电池管理以及电池数据监测等应用。该芯片集成了多项功能，如电池电压监测、温度监控、过电压和欠电压保护、过流保护等，广泛应用于电动工具、电动汽车、储能系统、UPS 系统、便携式设备等领域。

bq76940 支持高达 15 串的锂电池监测，可以实时采集电池的电压、电流、温度等信息，并通过串行通信接口与主控系统进行数据交互。凭借其高度集成和灵活的可配置性，bq76940 提供了一种高效的电池管理解决方案。

二、主要特性

1. 支持多串电池配置：
   bq76940 支持最高 15 串的电池监控，非常适合高电压应用，尤其在电动汽车和储能系统中得到广泛应用。对于 15 串的电池，bq76940 可提供精准的电池电压监测。

2. 精确的电池电压监测：
   bq76940 可以精确测量每个电池单体的电压，帮助用户了解电池组的健康状态，并在电池电压过高或过低时提供警告。电池的电压范围支持 0 V 到 5.4 V，适应各种电池应用场景。

3. 过电压和欠电压保护：
   该 IC 提供多种保护功能，能够实时监测每个电池单体的电压。当某个电池的电压超出预定范围时，bq76940 会立即采取保护措施，防止电池损坏。

4. 内置温度传感器：
   除了电压监测外，bq76940 还配备了温度监测功能，可以监测电池组的温度变化。它支持外部温度传感器，能够对电池组的温度进行实时监控，避免因过高的温度导致电池损坏或安全隐患。

5. 内建过流保护：
   bq76940 能够监测电池组中的电流，并根据预设的电流阈值来判断是否存在过流情况。过流保护能够有效避免电池因过载而发生损坏，确保电池的安全性。

6. 高效的电池均衡管理：
   电池均衡是确保电池组长期稳定工作的关键功能之一。bq76940 内置了被动均衡电路，能够根据电池单体的电压差异，自动进行电池均衡，从而提高电池组的性能和使用寿命。

7. 多种通信接口：
   bq76940 提供多种数据通信接口，包括 I2C 和 SMBus，可以与外部微控制器（MCU）或主控制器进行数据交换。此外，还提供了用于诊断、设置和故障排除的诊断功能，便于系统调试和维护。

8. 低功耗设计：
   bq76940 采用低功耗设计，有效延长电池组的续航时间，特别适合于要求较长工作时间的便携设备和电动工具等应用。

三、工作原理

bq76940 的核心功能是实时监控电池组的电压、电流、温度等参数。它通过集成的 ADC（模数转换器）将每个电池单体的电压值转换为数字信号，并将这些信号传输给主控制器进行处理。芯片还集成了过电压、欠电压、过流保护机制，这些功能通过内置的比较器实现。

当电池单体电压或温度超过预设的安全范围时，bq76940 会通过中断或其他方式向主控系统发送警告信号，从而触发保护措施。此外，bq76940 内置的电池均衡电路能够根据各单体电池电压的差异进行均衡操作，确保电池组每个单体的电压保持在相同水平，避免电池因不均衡而损坏。

四、主要参数

1. 工作电压范围：
   bq76940 的工作电压范围通常为 4.5V 到 16V，适用于不同电池组的电压需求。

2. 支持的电池串数：
   bq76940 支持最多 15 串电池监测，可适用于各种高电压应用，适应不同电池串数配置。

3. 电池电压测量精度：
   该 IC 对电池电压的测量精度非常高，通常达到 ±10 mV 或更高的精度，确保电池组电压的精确监控。

4. 过流保护阈值：
   bq76940 的过流保护功能可以根据需求设定，通常支持最大 10A 或更高的电流保护，以确保电池组在大电流工作时的安全性。

5. 温度测量范围：
   bq76940 支持温度监测，能够测量电池的工作温度。其温度监测范围通常为 -40°C 到 125°C，适应不同工作环境下的温度变化。

6. 均衡电流：
   该 IC 内置的被动均衡电路通常能够提供最大 100 mA 的均衡电流，能够高效地对电池组进行电压均衡，延长电池使用寿命。

五、应用领域

bq76940 主要应用于以下几个领域：

1. 电动汽车：
   在电动汽车中，bq76940 被广泛应用于电池管理系统 (BMS)，用于监控电池组的电压、电流、温度等参数，确保电池组在安全范围内工作，从而提升电动汽车的安全性和续航能力。

2. 便携式设备：
   对于要求高功率和长续航的便携式设备，bq76940 提供了一种高效的电池监控解决方案。通过其精确的电压、电流监测和低功耗设计，能够显著延长设备的使用时间。

3. 储能系统：
   在太阳能储能系统和其他类型的储能系统中，bq76940 也得到了广泛应用。通过实时监测电池组的状态，bq76940 能够确保系统的安全运行，并优化电池组的使用效率。

4. UPS 电源系统：
   对于不间断电源 (UPS) 系统，bq76940 提供了精确的电池电压和电流监测功能，能够在电源中断时提供可靠的备用电力，确保设备在断电时能够持续运行。

5. 电动工具：
   在电动工具领域，bq76940 同样具备广泛的应用。由于其高效的电池管理功能，bq76940 能够提供精确的电池电量监测和过载保护，确保工具的安全使用。

六、总结

bq76940 是一款功能强大的电池监控 IC，集成了电压、电流、温度监控，电池保护和均衡管理等多种功能。它不仅能够精确地监测电池组的健康状态，还能根据不同的工作条件提供相应的保护机制，从而保证电池组的安全性和使用寿命。凭借其高精度的电池管理能力和低功耗设计，bq76940 在电动汽车、便携式设备、储能系统等多个领域得到了广泛应用，是电池管理领域的重要组件。