設計高電壓電池組的簡(jiǎn)單方法

　　在過(guò)去兩年左右的時(shí)間里，市場(chǎng)上出現了大量使用鋰電池芯的高電壓電池。這些新型的鋰電池組正在取代以前那些常用的鎳鎘或鉛酸電池組，并且顯示了更好的性能，兩次充電間隔之間更長(cháng)的使用時(shí)間，以及在整個(gè)生命周期內更多的循環(huán)充電次數。在電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)和輕型運輸車(chē)、不間斷電源、便攜式醫療和診斷設備，以及混合動(dòng)力和混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)等需要更大功率的產(chǎn)品中，這些鋰電池組已經(jīng)成為了標準裝備。除了性能的改善，鋰電池系統還具有重量更輕、使用時(shí)間更長(cháng)、無(wú)記憶效應等優(yōu)點(diǎn)，而且對我們的環(huán)境也有好處。

　　鋰電池的這些特點(diǎn)和優(yōu)勢也是有代價(jià)的。在過(guò)去幾年中，我們目睹了很多電池召回事件，這些召回的電池大多是鋰離子電池。以前的鎳電池在電池組或系統內只有很少用于監測和控制電池的電子裝置，因此成本低、設計簡(jiǎn)單。為滿(mǎn)足安全需要以及讓用戶(hù)容易使用，新型鋰電池組需要在內部安裝大量的電子裝置。這些安全特性通常包括：

• 　　電池組的過(guò)流監測和短路監測
• 　　電池芯的過(guò)壓和欠壓監測
• 　　電池組/電池芯的溫度監測

　　另外，可以加入電量平衡和電池容量監測功能以進(jìn)一步改善用戶(hù)體驗。

　　諸如筆記本電腦和視頻攝像頭等電池供電產(chǎn)品，要求電池能夠相當穩定地供電。其他更有趣的設備，如電動(dòng)工具和許多便攜式產(chǎn)品，需要電池能夠提供很大的瞬時(shí)功率。由于電動(dòng)工具等設備可能提出一些苛刻的要求，它們的電池監測和保護電路也更加復雜，并且可提供典型筆記本電腦電池所不具有的更高級的保護功能。精心設計的多芯監測和保護電路，如Intersil的ISL9208系列產(chǎn)品的電路，可提供多級錯誤檢測功能，并且提供清除這些錯誤的時(shí)間窗口。同時(shí)，這些電路還提供硬限制，當超過(guò)這些硬限制時(shí)就可斷定發(fā)生了一個(gè)硬故障。

　　下面，我們以一個(gè)用在無(wú)繩電動(dòng)工具或電動(dòng)自行車(chē)上的鋰離子電池為例。該設計支持利用搭載兩個(gè)MOSFET的單路徑對充放電電流進(jìn)行控制，如果需要，也可以支持獨立的充電和放電路徑。

　　該設計具有過(guò)電流和出現短路時(shí)的電池電流監測、單芯電壓監測、電池溫度監測以及高達200mA平衡電流的快速電量平衡等功能。在這個(gè)示例里，ISL9208用做模擬前端(AFE)，并且同一個(gè)外部微控制器協(xié)同工作。

　　AFE實(shí)現電池芯電壓的電平轉換，并且在模擬輸出端口(AO)上將真正的電池芯電壓輸出到微控制器上。微控制器利用這個(gè)信息監測每一個(gè)電池芯在充放電時(shí)的狀態(tài)，此外還可將其用于電量平衡。在提供每個(gè)電池芯的模擬電壓的同時(shí)，AFE還可將任何錯誤情況報告給微控制器。充放電FET可以由ISL9208直接控制，它們可提供自動(dòng)保護機制，以最大限度降低微控制器在出現諸如過(guò)電流或者短路等嚴重錯誤狀態(tài)時(shí)導致保護延遲的可能性。在充電/放電模式中，可以禁用該特性。如果這個(gè)自動(dòng)保護功能被禁用，ISL9208將繼續監控電流，并向微控制器報告錯誤情況，由微控制器控制ISL9208關(guān)斷MOSFET。這使系統設計師能夠靈活地實(shí)施特殊的充電管理算法。如圖1所示，對于需要7個(gè)以上電池芯串聯(lián)的電池，可以很容易地采用由一個(gè)微控制器和幾個(gè)AFE組成的芯片組方案。

　　Figure 1