BQ769x2温度采样配置及其温度模型系数计算
品慧电子讯BQ769x2是TI新一代的多串数模拟前端 (Analog Front End, AFE) 芯片。因为其具有采样精度高，集成高边驱动，功耗小，保护功能丰富，支持乱序上电，最高支持16S电池，均衡能力强等诸多优点而被广泛应用在电动两轮车，电动工具，储能等多种应用的BMS方案中。温度对于锂电池的容量，寿命，电量 (State Of Charge, SOC) 计算以及安全等都有着重要影响，因此对AFE的温度采样通道数的需求越来越高，BQ769x2提供了9路温度采样以及1路内部温度采样，丰富的温度采样资源极大满足了用户对于温度监控的需求。因BQ769x2内置不同温度模型，支持应用不同类型的热敏电阻，为方便用户理解和使用，本文将简要介绍BQ769x2的温度采样功能及其使用配置，以及针对不同型号热敏电阻，使用TI提供的热敏电阻温度优化器计算热敏电阻系数的使用说明。
1. BQ769x2温度采样配置
1.1 BQ769x2温度采样简介
温度在锂电池的容量，寿命，电量 (State Of Charge, SOC) 计算以及安全等方面都扮演着极其重要的角色，因此电池管理系统 (Battery Management System, BMS) 需要对锂电池组的温度进行实时的检测与监控，根据采集到的温度采取对应的动作，如当充电过程中，温度过高超过设定阈值时，BMS需要关断充电FET。而对于中大型的锂电池组，因为电芯数量较多，单个温度采样点很难采集到电池包的最恶劣温度情况，因此需要更多温度采样通道分布在电池包不同位置以更精确采集到电池包内部不同位置电芯的温度。
BQ769x2作为TI新一代的模拟前端 (Analog Front End, AFE)，拥有非常丰富的温度采样资源，包括1路内部温度采样，以及最多可支持9路外部温度采样。
1.1.1 内置温度采样
BQ769x2集成了1路内部温度采样。通过配置，该内部温度采样的结果既可以作为电池温度，也可以作为FET温度。
1.1.2 外部温度采样
BQ769x2通过配置多功能引脚 (TS1, TS2, TS3, CFETOFF, DFETOFF, ALERT, HDQ, DCHG, and DDSG) 为温度采样功能，最多可以支持9路外部温度采样。如Figure 1 所示。
Figure 1. 外部温度采样示意图
为匹配不同类型的热敏电阻，最大化利用ADC的范围，提高温度采样精度，BQ769x2的温度采样提供了两个不同的上拉电阻，通过控制Figure 1内所示的S1和S2，可分别实现18kΩ和180kΩ的上拉电阻。例如，对于10kΩ@25C的热敏电阻，推荐选择18K上拉电阻，对于200kΩ@25C的热敏电阻推荐选择180K上拉电阻。
1.2 温度采样配置
1.2.1 引脚功能配置
如上文所说，TS1, TS2, TS3, CFETOFF, DFETOFF, ALERT, HDQ, DCHG, and DDSG均为多功能引脚，因此为实现温度采样，需首先将对应引脚配置成温度采样功能。本文以TS1脚为例介绍温度采样的配置。通过配置Settings:Configuration:TS1 Pin Config [PIN_FXN1:0]可进行引脚功能选择，如下表所示，通过将Settings:Configuration:TS1 Pin Config [PIN_FXN1:0] 配置为[1, 1]则可以将TS1 Pin配置为温度采样功能。
Table 1. 多功能引脚功能选择
1.2.2 温度模型的选择
通过设置Settings:Configuration:TS1 Pin Config [OPT5:4]可选择Figure 1所示的上拉电阻。若配置为[0,0]，则S2导通，上拉电阻为18 kΩ。若配置为[0,1]，则S1导通，上拉电阻为180 kΩ。若配置为[1,0]，则S1，S2均关断，没有上拉电阻，作为外部电压的ADC采样用。如果内部模型不能准确适配所用热敏电阻(比如PTC)，则可以使用ADC 模式并配合MCU进行温度计算。
Table 2. 上拉电阻选择
通过设置Settings:Configuration:TS1 Pin Config [OPT3:2]可选择18K温度模型，180K温度模型等。
Table 3. 温度模型选择
补充说明：需要注意的是，这里的三种温度模型其实本质是一样的，只是名字上的区别。只是一般习惯上，我们会选择使用18 kΩ上拉电阻的通道的温度系数填写入18K温度模型，选择使用180 kΩ上拉电阻的通道的温度系数填写入180K温度模型，方便区分。但实际上可以不受名称的约束，例如用户在使用中选择了三种不同型号的NTC，并且都选择了18 kΩ的上拉电阻，经过计算，可以得到三组对应不同的多项式系数，则可以分别填入以上三个温度模型，实现应用三种不同型号热敏电阻在同一系统中。
1.2.3 温度采样位置选择
在一个电池系统中，由于电芯和FETs的发热程度不一致，对温度的耐受程度也不一致，例如锂电池的温度范围通常在-20~60C，FET的温度范围则可以达到-55~125C，因此BMS需要对电芯和充放电FETs分别进行温度监控和保护。通过设置Settings:Configuration:TS1 Pin Config [OPT1:0]可选择TS1温度采样位置以适配不同的保护阈值，如Table 4所示。其他Pin脚配置方式一致。
Table 4. 温度采样用途选择
2. 温度模型及其系数计算
至此，关于温度采样的所有配置已经基本完成，只剩下关于温度模型的系数计算。关于该系数的计算，TI提供了专门的GPC工具，用于优化计算热敏电阻系数，用户只需将上传一些基本信息即可，本节将具体介绍温度系数计算工具的使用步骤。
2.1 温度模型
BQ76952内部是使用多项式拟合的方式实现将ADC得到的电压信息转化为温度信息的。该模型可以用如下等式抽象表示：
其中，
A1-A5分别对应Calibration:18(0)K Temperature Model:Coeff a1-a5
B1-B4分别对应Calibration:18(0)K Temperature Model:Coeff b1-b4
Adc0对应Calibration:18(0)K Temperature Model:Adc0
R对应所选择的上拉电阻阻值: 18K或者180K
2.2 系数计算
BQ76952对于18K温度模型提供了与Semitec 103-AT匹配的多项式系数，因此若使用Semitec 103-AT或温度曲线与之一致的热敏电阻做温度采样时，按照上级所属选择18K温度模型即可，无需重新配置多项式系数。
同样，对于180K温度模型提供了与Semitec 204AP-2匹配的多项式系数，因此若使用Semitec 204AP-2或温度曲线与之一致的热敏电阻做温度采样时，按照上级所属选择180K温度模型即可，无需重新配置多项式系数。
而对于选择其他温度-电阻特性曲线不一致的热敏电阻，TI则提供了专用的计算工具用于多项式系数的计算。该工具通过上传两个符合规范的txt文档至该工具的网页即可得到计算后的温度系数。
文档一：config.txt
Figure 2. txt示例
如Figure 2所示为config.txt文档中所包含的内容示例。其中，第一行表示所选工具类型，因为该GPC系列含有若干种工具，如用于TI电量计的GPCRA，GPCRB工具等，均共用该系统，因此为方便系统识别该数据是用于BQ769x2温度系数计算，规定该处理类型为7。第二行为上拉电阻的选择，若使用的是室温10k的热敏电阻，则输入Rpullup=18k，而若使用的是室温200k的热敏电阻，则输入Rpullup=180k。
文档二：thermistor.txt
以下为示例。
# Resistances (Ohms)
200800
152900
117200
90510
70400
55140
43510
34570
27660
22280
18070
14740
12110
10000
8307
6938
5824
4913
4164
3543
3028
2597
2235
1930
1671
1452
1264
1104
966
848
746
657
# Temperatures (degreesC)
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
thermistor.txt包含了所选热敏电阻的阻值和温度信息，并且一一对应。用户在使用时须注意格式顺序与上述示例保持一致。
将config.txt和thermistor.txt两个文档压缩为.zip文件，上传至以下链接 ：
https://www.ti.com/powercalculator/docs/gpc/gpcUpload.tsp
上传后，若上传格式或内容有误，用户将收到一封提示邮件，用户需按照邮件提示对所上传文件进行修改后再重新进行上传。若上传文件符合要求，用户将在几分钟后收到一封邮件，解压附件报告将得到三个文档，如Figure 3所示。
Figure 3. 返回报告文件
其中，GPC_report.txt内容如Figure 4所示。
Figure 4. GPC_report 内容示例
其中，bestA [A1 A2 A3 A4 A5]分别对应Calibration:18K Temperature Model:Coeff a1-a5的值，
bestB [B1 B2 B3 B4]分别对应Calibration:18K Temperature Model:Coeff b1-b4的值，
Adc0则对应Calibration:18K Temperature Model:Adc0的值，将它们分别写入即可。
bestmaxerr则是基于以上优化系数所拟合出来的温度与实际温度的最大误差。
Calculated_vs_Actual_Temperature,PNG.png为拟合温度与实际温度对比曲线，如Figure 5所示。其中Tin为实际温度，Tout为模型拟合温度。通过该曲线可以了解不同温度下拟合值与温度阻抗表的误差。
Figure 5. Calculated_vs_Actual_Temperature,PNG 内容示例
Log.txt文档则记录了GPC工具迭代拟合温度系数的过程，用户不需要过多关注。
至此便完成了所有的配置，只需要再进行校正即可。
3. 参考文献
1. BQ76952 3-Series to 16-Series High Accuracy Battery Monitor and Protector for Li-Ion, Li-Polymer, and LiFePO4 Battery Packs datasheet (SLUSE13A)
2. BQ76952 Technical Reference Manual (SLUUBY2A)
3. BQ76952 Evaluation Module User Guide (SLUCC33A)
4. Guide to Thermistor Coefficient Calculator Tool - BQ769x2
5. BQ769x2 Calibration and OTP Programming Guide
来源：ADI
作者：厉梦溪 Jayden Li / 檀瑞安 Ryan Tan
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