1 应用简报

引言

电池管理系统 (BMS) 可受益于其电芯监控单元 (CSU) 上用于监测锂离子电池的额外通用输入和输出 (GPIO) 引脚。锂离子电池（尤其是电动汽车中的锂离子电池）需要监测电池电芯的电流、电压和温度，以确保系统正常运行且安全。除了监测电池电芯的参数外，CSU 还可以在系统断电时使用电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM) 来存储信息。这些信息可能包括系统参数、电池运行状况信息、序列号和维护记录。遗憾的是，监测电池电芯的所有数据需要 CSU 具有非常多的 GPIO，这会阻止 CSU 使用 EEPROM 或监测更多电池电芯。但是，多路复用器可用于提高系统功能，而无需升级到更大的 CSU。BQ79616-Q1 是一款流行的 BMS CSU，可使用 TMUX1308-Q1 8:1 多路复用器将其 8 个 GPIO 增加到 12 个 GPIO（配置如图 1-1 所示）。

图 1-1 TMUX1308 多路复用器在电池管理系统中扩展 BQ79616 GPIO

图 1-1 所示为 TMUX1308-Q1 扩展 BQ79616-Q1 的 GPIO 以监测多个温度传感器。该图显示仅使用三个 GPIO 来控制多路复用器，使用一个 GPIO 接收来自热敏电阻的信息，仅使用四个 GPIO 来监测八个热敏电阻。

信号链性能影响

在热敏电阻和 CSU 之间的路径中添加多路复用器等附加元件时，通常会担心这会如何影响应用的整体功能和性能。TMUX1308-Q1（和任何其他多路复用器）会增加路径的电阻和漏电流，但影响非常小，甚至无法检测到。对于此类应用，热敏电阻通常连接到高阻抗输入，这将使信号路径基本上看不到任何串联电阻，因为 TMUX1308-Q1 最多只有 1700Ω。在实现多路复用器时，泄漏是第二个需要考虑的问题，但是它也可以忽略不计，如图 1-2 所示。

图 1-2 TMUX1308-Q1 与 TMP64
结合使用

结合使用 TMP64 和 TMUX1308-Q1 获取上述元件图。当 VBias 设置为 5.5V 且环境温度为 25°C 时，RTMP64 将约为 47kΩ，从而创建一个 VTemp 等效于 2.75V 的分压器。现在，考虑到 TMUX1308-Q1 在 25°C 时的典型漏电流为 1nA，且 RON 约为 230Ω，这将导致可忽略不计的 230nV 压降（0.0000086% 误差）。然而，随着温度升高到 125°C，RTMP64 现在约为 80kΩ，VTemp 电压约为 3.45V。在这个温度和电压下，器件的 RON 现在接近 370Ω，最大漏电流为 800nA。这会导致 296uV 的压降，产生的误差为 0.00857%。

总体而言，先假设实施新元件或器件时，信号链可能会受影响；但在向该应用添加所需功能时，可以看到 TMUX1308-Q1 受到的影响极小。

将 EEPROM 添加到电池监测器

电池管理系统可通过将关键信息存储在 EEPROM 中来改善其电池运行状况和安全性。例如，EEPROM 可以存储配置并记录系统的运行状况历史记录。图 1-3 显示了与 BQ79616-Q1 结合使用的 EEPROM，该 EEPROM 能够使用 8:1 多路复用器监测八个热敏电阻。

图 1-3 整个系统中的 BQ79616-Q1
方框图

通常，EEPROM 使用串行外设接口 (SPI) 连接系统，该接口包含两个数据通道、一个时钟和一个芯片选择。如果 EEPROM 通过多路复用器连接到 CSU（如图 1-4 所示），则所选的多路复用器需要具有低导通电容 (C_ON)，以确保 SPI 数据和时钟信号不会出现问题。

例如，SN3257-Q1（四通道二对一多路复用器）可以准确高效地将 EEPROM 和热敏电阻连接到 CSU，因为 SN3257-Q1 具有低 C_ON (8pF) 和低 R_ON (2Ω)。图 1-4 展示了 BMS 的替代布局，该布局使用 SN3257-Q1 将热敏电阻和 EEPROM 连接到 BQ79616-Q1。

图 1-4 SN3257-Q1 与 BQ79616 和 EEPROM 结合使用

总结

添加一个 8:1 或 4 通道 2:1 多路复用器是增强电池管理系统功能的有效方法。多路复用器可以提高 CSU 监测更多热敏电阻或释放额外 GPIO（可用于连接 EEPROM）的能力。如果应用处理模拟信号（例如使用热敏电阻），则较低的多路复用器 R_ON 有助于获得准确的读数。如果多路复用器用于数字信号（例如 EEPROM），则较低的多路复用器 C_ON 有助于防止上升沿和下降沿的失真。