設計高電壓電池組的簡單方法

　　在過去兩年左右的時間里，市場上出現(xiàn)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的使用時間，以及在整個生命周期內(nèi)更多的循環(huán)充電次數(shù)。在電動工具、電動自行車和輕型運輸車、不間斷電源、便攜式醫(yī)療和診斷設備，以及混合動力和混合動力電動車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(tǒng)還具有重量更輕、使用時間更長、無記憶效應等優(yōu)點，而且對我們的環(huán)境也有好處。

　　鋰電池的這些特點和優(yōu)勢也是有代價的。在過去幾年中，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(tǒng)內(nèi)只有很少用于監(jiān)測和控制電池的電子裝置，因此成本低、設計簡單。為滿足安全需要以及讓用戶容易使用，新型鋰電池組需要在內(nèi)部安裝大量的電子裝置。這些安全特性通常包括：

• 　　電池組的過流監(jiān)測和短路監(jiān)測
• 　　電池芯的過壓和欠壓監(jiān)測
• 　　電池組/電池芯的溫度監(jiān)測

　　另外，可以加入電量平衡和電池容量監(jiān)測功能以進一步改善用戶體驗。

　　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(wěn)定地供電。其他更有趣的設備，如電動工具和許多便攜式產(chǎn)品，需要電池能夠提供很大的瞬時功率。由于電動工具等設備可能提出一些苛刻的要求，它們的電池監(jiān)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(jiān)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間窗口。同時，這些電路還提供硬限制，當超過這些硬限制時就可斷定發(fā)生了一個硬故障。

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

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

　　AFE實現(xiàn)電池芯電壓的電平轉(zhuǎn)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。微控制器利用這個信息監(jiān)測每一個電池芯在充放電時的狀態(tài)，此外還可將其用于電量平衡。在提供每個電池芯的模擬電壓的同時，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，它們可提供自動保護機制，以最大限度降低微控制器在出現(xiàn)諸如過電流或者短路等嚴重錯誤狀態(tài)時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。如果這個自動保護功能被禁用，ISL9208將繼續(xù)監(jiān)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(tǒng)設計師能夠靈活地實施特殊的充電管理算法。如圖1所示，對于需要7個以上電池芯串聯(lián)的電池，可以很容易地采用由一個微控制器和幾個AFE組成的芯片組方案。

　　Figure 1