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電池管理電子設備如何增強電池的安全性
作者：
時(shí)間：2010-05-07
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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AFE的主要任務(wù)是對過(guò)載、短路的檢測，并保護充電及放電MOSFET、電池單元以及其它線(xiàn)路上的元件，避免過(guò)電流狀態(tài)。過(guò)載檢測用于檢測電池放電流向上的過(guò)電流(OC)，同時(shí)，短路(SC)檢測用于檢測充電及放電流向上的過(guò)電流。AFE電路的過(guò)載和短路限定以及延遲時(shí)間均可通過(guò)電量計數據閃存編程設定。當檢測到過(guò)載或短路狀態(tài)，且達到了程序設定的延遲時(shí)間，則充電及放電MOSFET Q1及Q2將被關(guān)閉，詳細的狀態(tài)信息將存儲于A(yíng)FE的狀態(tài)寄存器，從而電量計可讀取并調查導致故障的原因。
對于計量2、3或4個(gè)鋰離子電池包的電量計芯片集解決方案來(lái)說(shuō)，AFE起了很重要的作用。AFE提供了所需的所有高壓接口以及硬件電流保護特性。所提供的I2C兼容接口允許電量計訪(fǎng)問(wèn)AFE寄存器并配置AFE的保護特性。AFE還集成了電池單元平衡控制。多數情況下，在多單元電池包中，每個(gè)獨立電池單元的電荷狀態(tài)(SOC)彼此不同，從而導致了不平衡單元間的電壓差別。AFE針對每一的電池單元整合了旁通通路。此類(lèi)旁通通路可用于降低至每一單元的充電電流，從而為電池單元充電期間的SOC平衡提供了條件?；谧杩棺粉欕娏坑媽γ恳浑姵貑卧瘜W(xué)電荷狀態(tài)的確定，可在需要單元平衡時(shí)做出正確的決策。
具有不同激活時(shí)間的多極過(guò)電流保護限（如圖2所示）使得電池包保護更為強健。電量計具有兩層的充電/放電過(guò)電流保護設定，而AFE則提供了第三層的放電過(guò)電流保護。在短路狀態(tài)下，MOSFET及電池可能在數秒內毀壞，電量計芯片集完全依靠AFE來(lái)自動(dòng)的關(guān)斷MOSFET，以免產(chǎn)生毀壞。
圖2. 多級電池過(guò)電流保護
當電量計IC及其所關(guān)聯(lián)的AFE提供過(guò)電壓保護時(shí)，電壓監測的采樣特性限制了此類(lèi)保護系統的響應時(shí)間。絕大多數應用要求能快速響應，且實(shí)時(shí)、獨立的過(guò)電壓監測器，并與電量計、AFE協(xié)同運作。該監測器獨立于電量計及AFE，監測每一電池單元的電壓，并針對每一達到硬件編碼過(guò)電壓限的電池單元提供邏輯電平輸出。過(guò)電壓保護的響應時(shí)間取決于外部延遲電容的大小。在典型的應用中，秒量級保護器的輸出將觸發(fā)化學(xué)保險絲或其它失效保護設備，以永久性的將鋰離子電池與系統分離。
電池包永久性的失效保護
對于電池管理單元來(lái)說(shuō)，很重要的一點(diǎn)是要為非正常狀態(tài)下的電池包提供趨于保守的關(guān)斷。永久性的失效保護包括了過(guò)電流的放電及充電故障狀態(tài)下的安全、過(guò)熱的放電及充電狀態(tài)下的安全、過(guò)電壓的故障狀態(tài)（峰值電壓）以及電池平衡故障、短接放電FET故障、充電MOSFET故障狀態(tài)下的安全。制造商可選擇任意組合上述的永久性失效保護。當檢測到任意的此類(lèi)故障，則保護設備將熔斷化學(xué)保險絲，以使得電池包永久性的失效。作為電子元件故障的外部失效驗證，電池管理單元設計用于檢測充電及放電MOSFET Q1及Q2的失效與否。如果任意充電或放電MOSFET短路，則化學(xué)保險絲也將熔斷。
據報道，電池內部的微小短路也是導致近期多起電池召回的主要原因。如何檢測電池內部的微小短路并防止電池著(zhù)火乃至爆炸呢？外殼封閉處理過(guò)程中，金屬微粒及其它雜質(zhì)有可能污染電池內部，從而引起電池內部的微小短路。內部的微小短路將極大地增加電池的自放電速率，使得開(kāi)路電壓較之正常狀態(tài)下的電池單元有所降低。阻抗追蹤電量計監測開(kāi)路電壓，并從而檢測電池單元的非均衡性DD當不同電池單元的開(kāi)路電壓差異超過(guò)預先設置的限定值。當出現此類(lèi)失效時(shí)，將產(chǎn)生永久性失效的告警并斷開(kāi)MOSFET，化學(xué)保險絲也可配置為熔斷。上述行為將使得電池包無(wú)法作為供電源并因此屏蔽了電池包內部的微小短路電池單元，從而防止了災害的發(fā)生。
小結
電池管理單元對于確保終端用戶(hù)的安全性是至關(guān)重要的。強健的多極保護DD過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、電池單元非均衡以及MOSFET失效監測，極大地改善了電池包的安全性。通過(guò)監測電池單元的開(kāi)環(huán)電壓，阻抗追蹤技術(shù)可檢測電池內部的微小短路，并進(jìn)而永久性的失效電池，確保了終端用戶(hù)的安全。
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