基於 NXP LPC804 的電動工具 BMS 方案

關鍵字 :NXPBMSLPC804I2C

       現在電動工具使用時大多擺脫了電源線的束縛,電池包成了電動工具的必備,這時候 BMS 就顯得格外重要,沒有了它,電池包就是一個隨時可以被激活的“炸彈”,所以先給大家簡單講下什麼是 BMS!

       BMS(Battery Management System)即電池管理系統,是一種能夠對蓄電池進行監控和管理的電子裝置,通過對電壓、電流、溫度以及 SOC 等參數採集、計算,進而控制電池的充放電過程,實現對電池的保護、提升電池的綜合性能。為了保障電池包的安全性、耐久性、動力性,我們需要有 BMS,有了它我們才可以更加安全地使用電動工具。因此大聯大世平集團推出了基於 NXP LPC804 的電動工具 BMS 方案,LPC804 的基本參數如下:

  • 高效節能的 ARM Cortex®-M0+ 內核
  • 主頻最高可達 15 MHz
  • 帶有 32 KB Flash(EEPROM Based)、4 KB SRAM
  • 帶有開關矩陣,可配置 2 × I2C、2 × UART、1 × SPI、1 × 3 ch PWM
  • 支持 Capacitive Touch、PLU
  • 支持 12 ch 12 bit 480 ksps ADC 和 1 ch 10 bit DAC
  • 最高支持 30 個 GPIO

       LPC804 其程序存儲器為 EEPROM 工藝,可以方便地作為數據 EEPROM 使用,用來存儲 SOC、SOH、SOF、SOE、累積充放電 Ah 數、故障碼和一致性等關鍵數據。另外 LPC804 還帶有電容觸控接口,因此它可以應用於低成本的觸控方案。由於 LPC804 高性價比和有易於使用和靈活的外設,故其還可以應用於基本電機控制、簡單傳感器網關、終端節點連接、家庭環境監測設備等領域。

       LPC804 MCU 框圖如下:

       關於 LPC804 的參數可以參照“單片大師”寫的博文:《三分鐘帶你認識 LPC800 家族和明星成員 LPC824》,鏈接給大家送上:https://www.wpgdadatong.com/tw/blog/detail?BID=B0280

硬體設計說明:

       大聯大世平集團推出基於 NXP LPC804 的 MCU 評估板,該評估板主要由板載的燒錄 MCU LPC11U35、SPI Flash、USB 接口、Arduino 接口、SWD 接口、晶振、LED 燈以及用戶按鍵等部分組成,評估板功能框圖如下:

原理圖:

       ① LPC11U35 板載調試電路:

       ② LPC804 主控電路:

       ③ Arduino 接口 & 電源:

PCB Layout

       ① Top 層:

       ② Bottom 層:

軟體設計說明:

開發環境安裝:

       我們使用的是 Keil uVision5(也可使用 NXP 提供的 MCU 開發環境 MCUXpresso),MCUXpresso 下載地址:https://www.nxp.com/design/software/development-software/mcuxpresso-software-and-tools/mcuxpresso-integrated-development-environment-ide:MCUXpresso-IDE

軟體 SDK:

       SDK 包下載鏈接:https://mcuxpresso.nxp.com/en/builder

       ① 大聯大世平集團可以提供客制化的 API 可以快速上手 ADC、I2C、UART、GPIO 等功能調試。現在用 LPC804 SDK 的 I2C 來進行演示,實現溫度檢測,例程的路徑如下圖所示:
       ② 程序如下圖所示:

       ③ 引腳配置及初始化,該部分主要是通過開關矩陣去進行配置 I2C 腳:

       ④ 主機發送數據到從機:
       ⑤ 主機接收從機發送的數據:
       這樣就可以完成 I2C 主機與從機間的通信,至於如何獲取到溫度傳感器則需要參考溫度傳感器的手冊,通過 I2C 去發送 / 接收相關的數據。

       ⑥ I2C 實現溫度檢測效果演示,該部分則可以用來檢測電池包的溫度,當然也可以通過 ADC 來採集熱敏電阻電壓值來獲取溫度:

場景應用圖

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產品實體圖

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展示版照片

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方案方塊圖

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核心技術優勢

① Cortex-M0+ 內核的低功耗低成本微控制器 ② 32 KB EEPROM Based Flash,可用於存儲關鍵數據 ③ 可以通過開關矩陣配置功能的 I/O 埠,可支持 2 組 I2C 和 UART ④ 支持 12 ch 12 bit 480 ksps ADC,用於進行電壓、電流、溫度檢測 ⑤ 免費提供硬體參考設計、軟體 SDK、API 以及軟硬體技術支持

方案規格

① 兩層 Layout 板,尺寸:89 × 56 mm ② 供電範圍:1.71 V ~ 3.6 V ③ 工作溫度:-40 ℃ ~ 105 ℃ ④ 支持 Capacitive Touch 及 PLU ⑤ 支持 SWD 接口 ⑥ 掉電模式功耗:6 μA(Typ) ⑦ EMI:FCC 15B 3M Radiation

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