最近电池包结项，一点自我总结
1：推荐架构
电池包基本架构：MCU+充放电管理IC+BQ系列芯片
BQ系列芯片的充放电管理切换是不可控或者说比较负载的，不如直接用外部充放电管理芯片方便。
| 芯片 | 作用 | 备注 |
|---|---|---|
| MCU | 电压监控，对外通信通讯等 | GD32 |
| BQ系列芯片 | 负责电池的保护、均压自均衡、电池电压监控、防过充过放等 | BQ76930 BQ78PL116 BQ2057 ADI的MAX17320 |
| 充放电升降压芯片 |
支持充放电双向 只负责充放电，不负责电池的保护、均压自均衡、电池电压监控、防过充过放等 |
相关芯片 SC8815 BQ25758 |
2：对外接口注意事项
以一对IIC通信+一对正负功率输出为例
| 接口 | 注意事项 |
|---|---|
| IIC通讯 | 做好ESD就好 |
| 功率接口 |  可以使用继电器或者3个贴片MOS（2个PMOS+1个NMOS）做开关电路做安全保护隔离，一般继电器体积太大不推荐。 平时默认是关闭 的，用于安全保护。电路本身可以防反接，前置TVS防止过压。 |
3：充放电管理芯片注意事项
一般这里充放电管理IC有3种工作状态：充电、放电、空闲。
| 注意事项 | 详细说明 |
|---|---|
| ADC采样 | 此类芯片都有一个ADC接口，应该并联一个电容用于保持采样电压稳定。 负责会采样电压不稳定，造成MCU对外部接入电压的误读，ADC读取本身有漏电功率。 TI、ADI和国产芯片都有类似问题；  |
| 软件ADC和控制延时 | 以南芯和TI为例，必须先关闭功率环路，再读写模式转换寄存器，并延时10ms以后，并且反读一遍寄存器确认无误后，再打开功率路径。否则会造成电压尖峰，和莫名的高压。  如下图所示，TI的方法datasheet中明确提示，要检测寄存器  推荐策略：每次切换模式，统一执行一遍寄存器初始化+50ms延时。 重点设计寄存器：输出电压设置方式（外部电阻设置）+电流限制+充放电方向 |
| 输出电压的设定电阻 | 使用外部电阻设置电压时，应使用高精度电阻0.1%精度，哪怕是1%精度的电阻，0.99的平方和1.01的平方，可以时输出电压有很大的偏差。在电池电压满电时，很容易造成过充。哪怕只差零点几伏。 |
相关参考设计
4：BMS芯片注意事项
包括电压、电流和温度，防止过压⁄欠压、过流、短路、过冷⁄过热、过充电和内部自放电，IC外接热敏电阻用于测量电池温度。
| 对地缓冲电容 | BQ系列的芯片常常有对地的热敏电阻，应并联一个10nf的电容用于缓冲， 否则在安装电池过程中经常会因脉冲电损坏BQ芯片  就是这个TS1和TS2 |
|---|---|
| 电池电压均衡 | 然后一般的BMS芯片有一个电池电压的均衡功能，BQ系列一般需要学习一个fs文件获取电池的曲线文件。  |
| 三端保险丝 | 在BQ和MAX系列的电池BMS中，一般配三端保险丝，layout时放在万用表好点的地方，利于调试 |
| 温度保护 | 设为55度即可，充电限流在充放电管理芯片去管理即可。BQ40Z80的工作温度是85℃， 一般电池的工作温度是60℃，脉冲负载90℃ |
4.1 BQ系列的FS学习文件如何获取并烧录
4.1.1 自均衡数据文件流程
| 步骤 | 说明 |
|---|---|
| 1 | 放电到0 |
| 2 | 静置5小时 |
| 3 | 充电到满 |
| 4 | 静置2小时 |
| 5 | 放电到0 |
| 6 | 静置5小时 |
具体图解见下图
4.1.2 过程记录
BQ studio链接BQ40z80进入自均衡状态走完充放电流程
| 1 |  |
|---|---|
| 2 |  |
| 3 |  |
BQ studio链接BQ40z80进入自均衡状态走完充放电流程
5：MCU注意事项
| 工作模式（状态机） | 工况 | 说明 |
|---|---|---|
| 充电模式 | 在充电器工作 | |
| 放电模式 | 主机工作（例如电转工作） | |
| 休眠模式 | 放电模式下拿下“手持电动工具”，电池包关闭输出，并进入休眠 | 单片机：StandbyMode模式 |
| 空闲状态 | 插入充电器后，电池充满电，应该关闭充放电管理IC的功率环路 |
GD32或者STM32有一个StandbyMode唤醒引脚和IIC通讯的SCK线接到一起用时钟线去激活，如下图
在插入充电器和“手持电动工具”时IIC的握手帧要做区别。充放电芯片延迟2秒启动。
电压监控：软件防止过充过放，通过与BQ系列的电量计通信获取各个电池电压。
- 充电管理：
- 充电截止电压设为4.15V，最高电压大于4.15V时，通讯充放电芯片停止充电。
- 环境温度控制在0-45℃，避免高温充电。
- 放电保护：
- 终止电压≥2.75V，禁止深度放电。
- 设备待机耗电需定期补电（每月至少1次）。
电池出现过放后，重新使能BMS芯片
5.1 空闲与充放电的切换判断条件与动作
| 切换状态机 | 工况说明 | 动作 |
|---|---|---|
| 充电→空闲（市电插入） | 充电器接入市电； 电池SOC充电到95%或“最大电压大于4.15V”； 切换空闲防过充 |
关闭充放电IC， 对外接口拉低关闭 |
| 充电→空闲（市电拔下） | 充电器拔出市电，充电器与电池包的握手帧断开500ms； 电池SOC大于5%且最小电压大于3.6V； |
关闭充放电IC， 对外接口拉低关闭 |
| 空闲→充电（市电插入） | 充电器接入市电； 空闲状态下，电池SOC小于93%且“最大电压小于于4.1V”； 切换充电 |
先关闭充放电IC的功率， 初始化后开启充电 |
| 空闲→休眠 | 空闲状态下，2min（分钟）无握手帧，MCU休眠。 | MCU进入StandbyMode |
| 休眠→空闲→充电 | 空闲状态下插入“充电器+市电” | 1：充电器与MCU握手唤醒 2：MCU先进入空闲， 3：:握手帧判断是充电器还是手持电动工具 4：若为充电器进入充电 |
| 休眠→空闲→放电 | 空闲状态下插入“手持电动工具或者主机” | 1：充电器与MCU握手唤醒 2：MCU先进入空闲， 3：:握手帧判断是充电器还是手持电动工具 4：若为用电设备进入充电 |
| 放电→空闲 | 直接拔出用电设备 | 1：握手帧失联100ms 2：进入空闲关闭功率输出 |
| 空闲→放电 | 空闲状态下插入“手持电动工具或者主机” | 1：握手帧判断是充电器还是手持电动工具 2：若为用电设备进入充电 |
6 锂电池的安全注意事项
- 热失控与起火爆炸 锂电池在过充、短路、高温或物理损伤（如针刺、挤压）时易发生热失控，导致电解液分解、气体膨胀，最终引发燃烧或爆炸。例如，外部短路可能因正负极直接接触产生高温，而内部短路则可能由隔膜破损或枝晶生长引发
- 过充与过放风险
- 过充：超过额定电压（通常4.2V）会导致电解液分解，产生可燃气体，增加内部压力，可能撑破外壳引发危险。
- 过放：电压低于安全阈值（如2.5V）会破坏电极结构，降低电池容量并加速老化。
- 物理损伤与不当使用
- 挤压、穿刺或跌落可能导致电芯变形、漏液，甚至直接短路。
- 使用非原装充电器或劣质充电设备可能因电流/电压不匹配引发过热。
- 高温环境与老化 高温（>60℃）会加速电池化学反应，增加自燃风险；长期使用后电池容量衰减，内阻增大，进一步加剧热失控风险
安全使用规范
- 充电管理：
- 使用原装充电器，避免过充（4.2V截止）。
- 环境温度控制在0-45℃，避免高温充电。
- 放电保护：
- 终止电压≥2.75V，禁止深度放电。
- 设备待机耗电需定期补电（每月至少1次）。
- 存储要求：
- 长期存放保持30-50%电量，温度15-25℃。
- 远离易燃物，禁止与金属物品混放。
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