MR-BMS771參考設計：適用于移動機器人的電池管理系統

一、引言

在移動機器人領域，可靠的電池管理系統（BMS）至關重要。NXP的MR - BMS771參考設計為工程師提供了一個出色的解決方案，適用于評估、設計、實現和驗證MC33771C電池單元控制器、S32K1 MCU和NTAG 5近場通信（NFC）接口。本用戶手冊將詳細介紹該參考設計的各個方面，包括硬件接口、軟件安裝、工具使用以及電路板配置等內容。

文件下載：NXP Semiconductors MR-BMS771智能電池管理系統 (BMS).pdf

在移動機器人的運行中，電池管理系統就像是機器人的“能量管家”，它的重要性不言而喻。一個良好的電池管理系統能夠確保電池的安全使用，避免電池出現過充、過放、過溫等危險情況，從而保障機器人的穩定運行。就像新能源汽車中的電池管理系統，它通過實時監測電池的電壓、電流、溫度等參數，能夠有效防止電池故障或事故的發生，增強了電池的安全性。同時，合理的電池管理還可以延長電池的使用壽命，提高能量的利用效率，為機器人的長時間工作提供有力支持。那么，NXP的MR - BMS771參考設計在這方面又有哪些獨特之處呢？讓我們一起深入了解。

移動機器人電池管理系統MR - BMS771參考設計全解析

一、引言

在當今科技飛速發展的時代，移動機器人如無人機、漫游車等在各個領域的應用越來越廣泛。而電池管理系統（BMS）作為移動機器人的關鍵組成部分，其性能直接影響著機器人的運行穩定性和續航能力。NXP的MR - BMS771參考設計就是一款專門為移動機器人打造的獨立BMS解決方案，它支持7到14節電池，具有高精度的電池監測和管理能力，能夠為移動機器人提供可靠的電力保障。

三、準備工作

3.1 套件內容

MR - BMS771套件包含了以下物品：

• 裝在防靜電袋中的已組裝和測試好的MR - BMS771板。
• CAN總線終端電阻（DRONE - CAN - TERM）。
• 用于8S到14S電池的未安裝的電池單元連接器，帶有預壓接電線。
• 4針JST - GH到4針JST - GH的300mm電纜（CAN）。
• 電源輸入和輸出連接器。
• 帶電纜的外部熱敏電阻。
• 小型SSD1306 OLED顯示屏。
• 快速入門指南。
• 用于7到14節電池的小型電池單元數量選擇插入板。
• NFC天線。

3.2 額外硬件

除了套件內容外，還需要以下硬件：

• 7S到14S的電池組，電壓范圍為15V到59V，電流限制為30A DC（已測試高達30A DC）。
• 適合該電池的充電器。
• 用于配置電路板的烙鐵。
• PEmicro multilink universal或SEGGER J - Link mini調試器或其他合適的調試器。
• 可選的DCD - LZ適配器。

需要注意的是，MR - BMS771板在電池過充時能夠打開充電電路，因此充電器不需要有電池管理系統（BMS）連接器。

3.3 軟件

使用該參考設計需要安裝軟件，所有列出的軟件都可以在參考設計信息頁面（http://www.nxp.com/MR_BMS771）上找到。推薦安裝S32 Design Studio for Arm - based MCUs和Model - based design toolbox（MBDT）示例。

四、硬件了解

4.1 MR - BMS771概述

MR - BMS771是一款適用于移動機器人的獨立BMS參考設計，能夠對差分電池單元電壓和電流進行模數轉換，實現精確的電池充電庫侖計數和電池溫度測量。它還可以通過DroneCAN/CyphalCAN和/或系統管理總線（SMBus）與飛行管理單元（FMU）進行通信。

4.2 MR - BMS771特點

• 支持7S到14S的電池，堆棧電壓范圍為15V到59V。
• 測量電池堆棧和單元電壓、電池充電或放電電流（已測試高達30A DC）。
• 提供通過約66Ω平衡電阻的被動電池單元平衡選項。
• 具有低漏電流的深度睡眠模式（用于運輸和存儲）和低電池電流消耗的自動睡眠模式。
• 支持CAN、I2C和NFC通信。
• 實現串行線調試（SWD）和聯合測試行動組（JTAG）調試接口，可與標準J - Link和其他調試器配合使用。
• 實現DCD - LZ組合調試控制臺接口，用于PX4 Dronecode和HoverGames平臺。

4.3 框圖

MR - BMS771的框圖展示了其內部的電路結構和信號流向，有助于我們理解其工作原理。

4.4 MR - BMS771板特性

超出這些范圍使用可能會導致電路板故障和損壞。

4.5 特色組件

4.5.1 MC33771C：14通道鋰離子電池單元控制器

MC33771C是一款專為汽車和工業應用設計的鋰離子電池單元控制器IC，能夠對差分電池單元電壓和電流進行模數轉換，實現電池庫侖計數和電池溫度測量，并通過串行外設接口（SPI）或傳輸協議鏈路（TPL）將信息數字傳輸到微控制器進行處理。其特點包括：

• 9.6V ≤ VPWR ≤ 63V工作電壓，75V瞬態電壓。
• 可管理7到14節電池。
• 支持隔離的2.0Mbit/s差分通信或4.0Mbit/s SPI。
• 初始化時可尋址。
• 雙向收發器，支持多達63個節點的菊花鏈連接。
• 最大總電壓測量誤差為0.8mV。
• 同步電池單元電壓/電流測量和庫侖計數。
• 對電池單元電壓測量進行平均。
• 測量總堆棧電壓。
• 七個通用輸入/輸出（GPIO）/溫度傳感器輸入。
• 提供5.0V、5.0mA的參考電源輸出。
• 自動過壓、欠壓和溫度檢測，可路由到故障引腳。
• 集成睡眠模式下的過壓、欠壓和溫度監測。
• 集成300mA被動電池單元平衡和診斷功能。
• 支持熱插拔。
• 檢測內部和外部故障，如開路、短路和泄漏。
• 設計支持ISO 26262，最高可達ASIL D安全系統。
• 符合AEC - Q100標準。

4.5.2 連接器

電路板的硬件配置可以通過焊接電池單元選擇板（J32到J38在J31上）來完成。

4.5.3 編程和調試

可以通過DCD - LZ連接器（J19）或JTAG連接器（J2）對MR - BMS771板進行編程和調試。DCD - LZ結合了調試接口和調試串行控制臺，用于RDDRONE - FMUK66（HoverGames），更多信息可參考HoverGames gitbook。

4.5.4 LED

MR - BMS771板上有一個RGB LED，可用于狀態指示，通過不同的顏色組合和閃爍模式來表示電池和系統的狀態。還有兩個紅色CAN LED，可指示CAN總線的狀態。

4.5.5 外部顯示屏

可以使用外部顯示屏來顯示重要的電池信息，該顯示屏可以連接到J23。該引腳可以提供3.3V（D34）或5.0V（D35）的電源，通過切換二極管可以選擇使用3.3V或5V。MR - BMS771板套件中提供了一個SSD1306 OLED顯示屏。

4.5.6 外部和附加組件

• 外部組件：可以使用連接器J1、J39或J40在MR - BMS771板上添加可選的外部溫度傳感器，用于監測電池組內電池單元的溫度。

• 附加組件：設計中包含了一些未安裝在MR - BMS771原始板上的組件，這些組件在原理圖和物料清單上標記為DNP。具體的附加組件及其用途如下表所示：	功能	描述	標簽
  散熱片	為了散發更多熱量，可以在電路板底部安裝散熱片，推薦使用HSB30 - 373710。	無
  CAN總線上的可選終端電阻網絡	每個CAN線上連接一個60.4Ω電阻和一個4700pF電容到地（分裂終端）。	R49, R50, C66
  電池單元測量連接上的電容	根據使用的電池單元數量，可以在電池單元電壓測量連接上添加濾波器電容。	C6, C12, C18, C22, C26, C29, C34
  外部溫度傳感器上的電容	如果使用外部溫度傳感器，可以在其低通濾波器上添加兩個電容，以滿足更嚴格的電磁兼容性（EMC）要求。	C49, C54
  電池單元平衡連接上的電容	根據使用的電池單元數量，可以在電池單元平衡電路上添加電容，以提高EMC性能。	C99, C100, C101, C102, C103, C104, C105, C106, C107
  外部NFC天線	作為印刷電路板（PCB）NFC天線的替代選項，用于擴展操作范圍。	L2
  柵極驅動器RS引腳上的電阻	將柵極驅動器RS引腳連接到MCU的電阻。	R99
  MCU擴展頭	額外的MCU引腳連接到一個2 x 7的引腳插槽，可用于連接額外的電池電量LED、緊急按鈕等。	J21
  喚醒跳線	用于SBC喚醒的跳線（與按鈕并聯）。	J22

4.5.7 測試點定義