電動(dòng)自行車(chē)鋰電池組保護電路設計

摘要：為保證電動(dòng)自行車(chē)鋰電池組安全、長(cháng)壽命的運行，需為其配備專(zhuān)用管理保護電路。為此，針對一款4并10串規格的鋰電池組設計了一套保護電路板，采用S-8209A保護芯片，實(shí)現了過(guò)充電保護、過(guò)放電保護、電池充放電平衡、過(guò)電流保護、正常帶栽等功能，已被可靠應用于某款電動(dòng)自行車(chē)的鋰電池組中。
關(guān)鍵詞：鋰電池；S-8209A；保護電路；過(guò)流保護

0 引言
近期，國家多部門(mén)聯(lián)合發(fā)文對電動(dòng)自行車(chē)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了整改，要求電動(dòng)自行車(chē)的整車(chē)重量應不大于40 kg，最高車(chē)速應不高于20 km／h。據此標準，目前國內大多數電動(dòng)自行車(chē)無(wú)法達標，而其中一大原因就是存在于動(dòng)力源——鉛酸電池。由于此類(lèi)電池的比能量較小，導致其體積和重量均較大，加上生產(chǎn)過(guò)程中易造成鉛污染，如今已嚴重制約著(zhù)電動(dòng)自行車(chē)產(chǎn)業(yè)。
鋰電池問(wèn)世時(shí)間并不長(cháng)，但由于其具有的比能量大，體積小，重量輕，循環(huán)壽命長(cháng)，無(wú)記憶效應，無(wú)污染等特點(diǎn)，已成為未來(lái)電動(dòng)自行車(chē)能源的新發(fā)展方向，目前國外的電動(dòng)自行車(chē)已開(kāi)始推廣使用。鋰電池工作電壓在2．7～4．2 V區間，可采用多節電池的串聯(lián)和并聯(lián)來(lái)滿(mǎn)足電動(dòng)自行車(chē)所需電壓和電量的要求。鋰電池的使用要求不能過(guò)充電、過(guò)放電、過(guò)電流，否則將降低電池壽命，嚴重時(shí)會(huì )導致電池爆炸。因此，需要設計一款專(zhuān)用保護電路對每節電池進(jìn)行管理，以保證鋰電池的正常充放電。在此完成了一款電動(dòng)自行車(chē)鋰電池保護電路的研究與設計。

1 設計需求
單個(gè)鋰電池型號為RFE—N18650，如圖1所示，標稱(chēng)電壓為3．6 V。鋰電池組采用4并10串的結構，如圖2所示，標稱(chēng)電壓為36 V，標稱(chēng)容量為9 Ah。該鋰電池組的保護要求為：充電上限電壓43 V，放電截止電壓27 V。

保護電路要能實(shí)現對每級電池的充放電保護，要求如下：
(1)每級電池充電電壓≤4．3 V；
(2)每級電池放電電壓≥2．7 V。
鋰電池組工作過(guò)程中，還需實(shí)現以下功能：
(1)負載短路保護；
(2)躲避電動(dòng)機的瞬時(shí)啟動(dòng)電流；
(3)鋰電池組各級電壓在充放電過(guò)程中能保持基本均衡。

2 電路總體實(shí)現方案
鋰電池組的保護電路實(shí)現方案如圖3所示，由2塊電路板組成。保護板1用于監視各級鋰電池電壓，通過(guò)保護IC產(chǎn)生保護信號，例如禁止充電、禁止放電等；保護板2接收來(lái)自保護板1的控制信號，并驅動(dòng)充、放電回路(深色線(xiàn)指示)的通斷。EB+／EB-可以連接負載或充電器。