By Toradex Andrija Stojkovic

歡迎閱讀本博文，這裡我們將向你介紹在嵌入式系統中鋰電池的應用概況。本文是 4 篇系列文章的第四篇。本文將使用基於NXP iMX7 ARM處理器的來自Toradex Colibri iMX7的低功耗演示板來展示鋰電池的應用方案。

iMX7採用了 Arm Cortex-A7 和 Cortex-M4 核的異構多核處理技術。在應用核上執行嵌入式 Linux 系統，並在 M4 核上執行實時作業系統 FreeRTOS。而我們將使用該演示展板來展示鋰電池的應用方案。之所以取名低功耗演示，是因為我們可以關閉 Cortex A7 核心，並只執行 i.MX 7 M4 核心來讀取感測器和控制 SPI LCD 液晶顯示屏。下面是框圖介紹。

Colibri iMX7 低功耗演示板框圖

我們對電池系統的要求：

· 通過 5V USB BC 1.2 充電

· 5V 到 20V 可變外部電源

· 5V 和 3.3V 系統電壓

· 電池使用時間超過 1 天

從 Colibri iMX7 技術手冊得知 CPU 在最大負荷時需要最高 300mA 的電流。如我之前的建議，我們將會使用兩個串聯的可拆卸電池，而不是更加危險的並聯方式。我們使用 TI BQ2920x 實現電壓保護並提供針對 2S 鋰電池自動平衡。也可以通過外部方式實現電池平衡。對於演示展板，完全可以使用自主主動平衡，就像你在很多消費品裝置裡看到的一樣。我還是推薦使用專用引腳控制平衡充電，只在更高的 SoC 層面控制，避免過度或者過早的放電。我們使用 LT 的 LTC2943 電池計量表通過 I2C 匯流排來測量電流、電壓和溫度，並在 SPI 液晶顯示屏上顯示實際的充電狀態。該器件使用一個 14 位 delta-sigma ADC 獲取準確的庫倫值。我們只使用 BC 1.2 標準，電壓維持在 5V。因此，TI BQ24392 用作電池充電檢測晶片。我建議仔細閱讀該晶片手冊，認真研究充電檢測框圖。充電電路的核心是帶有降壓-升壓轉換器的 ISL9237，所以我們能夠使用 USB 的 5V 和外部 5V 到 20V 直流電源為電池充電，如下圖示例。

這是一個非常豪華的方案，滿足我們的需求並展示了可能的選擇。然而對於實際的應用案例，我建議只使用一個直流電源並固定電壓，並使其高於電池的最大電壓。另一方面，也可以只使用 USB 或者直流電源的 5V 充電，這樣僅使用升壓轉換器的簡單充電電路。

Toradex Colibri iMX7 低功耗演示板 BMS 概況

我希望所介紹的方案是易於理解的，並能夠作為您自己方案的參考設計。再次強調，這只是眾多方案中的其中一個，可以在成本或效能上進一步優化。這個案例說明了使用可充電的鋰電池為嵌入式系統供電並不困難。有了我們模組化的設計，藉助額外的電子器件擴充套件底板，可以很方便地實現類似的方案。如果您還有疑問或者想要更多的資訊，歡迎聯絡我們。我很樂意和電池管理系統專家交流。

Colibri iMX7低功耗演示板