設計高電壓電池組的簡(jiǎn)單方法

　　為說(shuō)明這種電池和系統的典型操作，我們以一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)繩圓鋸為例加以說(shuō)明。在這個(gè)例子當中，電池的保護和監測裝置將過(guò)流觸發(fā)點(diǎn)設定為50A，短路觸發(fā)點(diǎn)設定為100A。如果過(guò)流事件在125ms內被清除，或者負載電流超過(guò)了短路電流限制，就會(huì )被認為發(fā)生了一個(gè)硬故障，電動(dòng)工具將會(huì )關(guān)機。下圖顯示了一般的情形。

　　Figure 2

　　在階段A，工具從初始復位條件開(kāi)始啟動(dòng)。電鋸需要超過(guò)80A的電流來(lái)啟動(dòng)電動(dòng)機，當鋸轉起來(lái)以后，如果不工作，只需要4A～6A的電流讓電機保持運轉。

　　在階段B，使用者開(kāi)始切割一塊干燥的木頭，電鋸需要10A～20A的電流保持正常的切割操作。

　　在階段C，電鋸的鋸齒碰到了一個(gè)木節，或是鋸片在切割過(guò)程中被卡住了，負載可能會(huì )在短時(shí)間內增加到60A，會(huì )被認為發(fā)生了過(guò)流。假定使用者立刻減小了鋸片上的力量，負載會(huì )在所允許的128ms內降到過(guò)流保護的水平以下，電鋸就會(huì )繼續正常的操作。

　　在階段D，使用者想切斷木頭，增加了鋸片上的力量，負載電流也相應增加。監測和保護電路首先會(huì )認為出現了過(guò)流，緊接著(zhù)又會(huì )認為發(fā)生了短路。由于短路被認為是硬故障，電池的放電將被立刻中止，鋸片也會(huì )立刻停下來(lái)。注意，過(guò)流和短路指示信號是在ISL9208內部產(chǎn)生的，并將錯誤通過(guò)I2C接口傳送給微控制器。

　　圖2中的數字故障指示是由AFE中的模擬監測和保護電路驅動(dòng)的。在一個(gè)設計良好的電路里，這些電路會(huì )過(guò)濾掉信號，以避免誤關(guān)斷。例如，Intersil的ISL9208系列產(chǎn)品提供了多個(gè)可由用戶(hù)根據特定應用編程設定的電壓、電流、和時(shí)間閥值，包括：

• 　　4個(gè)放電過(guò)流閥值
• 　　4個(gè)短路閥值
• 　　4個(gè)充電過(guò)流閥值
• 　　8個(gè)過(guò)流延遲時(shí)間(充電)
• 　　8個(gè)過(guò)流延遲時(shí)間(放電)
• 　　2個(gè)短路延遲時(shí)間(放電)

　　這些閥值使設計者在處理各種設備的放電曲線(xiàn)時(shí)，具有了非常大的靈活性。如在電動(dòng)工具中，當電池初次安裝到工具上時(shí)，由于不同的工具具有不同的放電曲線(xiàn)，工具向電池傳送限值的功能就會(huì )有用。這種技術(shù)可將電池的特性與工具/應用相匹配，讓用戶(hù)能夠發(fā)揮出設備的最大功能。

　　電池內單個(gè)電池芯的過(guò)壓和欠壓情況也是很重要的監測指標。如果任何一個(gè)電池芯的電壓超過(guò)了制造商所規定的上限，就必須關(guān)斷充電功能以避免出現潛在的危險情況。類(lèi)似的，如果任何一個(gè)電池芯的電壓低于制造商規定的放電截止限值，就必須關(guān)斷放電功能。在某些電池芯電壓變得很低的情況下，出于安全考慮，可能需要采用不同的充電技術(shù)，電池也可能需要完全關(guān)斷。由微控制器讀出每個(gè)電池芯的電壓，這樣可對其進(jìn)行數字濾波，以消除噪聲并提高系統精度。

　　正如之前所提到的，一些電池可能具有在充放電周期時(shí)監測并控制電流的功能。在一個(gè)可在兩個(gè)周期中同時(shí)監測電流的電池中，在出現充電過(guò)電流或者短路事件時(shí)，將延緩充電周期。利用一個(gè)獨立的充電限值集，AFE將類(lèi)似的指標提供給微控制器，ISL9208則隨后利用自動(dòng)保護功能關(guān)斷充電MOSFET，或者通過(guò)將錯誤情況報告給微控制器，并讓微控制器在執行完適當的錯誤處理固件后命令I(lǐng)SL9208關(guān)斷MOSFET。