電池組的保護及監(jiān)視器和電量計在電池組中的作用

圖1：基于功能和串聯(lián)電池節(jié)配置的電池組選型指南

在為便攜式應(yīng)用選擇鋰離子電池組時，不論是智能手表還是電動自行車，這項任務(wù)并不像它看起來那么讓人望而怯步。鋰離子電池組有3個基本功能：保護、監(jiān)視和電量計量。這3個功能通常由單個器件處理;然而，某些器件能夠用集成度更高的解決方案來實現(xiàn)多個功能。事實上，由合適組件組成的電池組和這3個功能將提高系統(tǒng)性能、提供更多保護，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更長的運行時間。本文第一部分將深入探討電池保護。連同下面給出的信息，你一定要看一看圖1的選型指南，以幫助你根據(jù)電池的大小來選擇正確的器件，在這里1S表示1 = 1節(jié)串聯(lián)，2S = 2節(jié)串聯(lián)，等等。

保護

電池組器件包含多種特性;然而，保護是它們的主要功能，在選擇器件時應(yīng)該將其作為主要考慮因素。有兩種不同的保護類型：

·電壓保護由內(nèi)部比較器組成，它們持續(xù)測量單個電池節(jié)的電壓，將其與過壓 (OV) 和欠壓 (UV) 閥值相比較。電壓保護被認為是第一級保護，并且是任一鋰離子電池組所必須具有的保護功能。

·電流保護的工作方式與電壓保護相似，不過它有一個計算流經(jīng)電池組電流的感測電阻器，并且將這個電流值與電流閥值相比較，根據(jù)極性，檢測過流或短路情況。如果電池的電流超過了閥值，那么一個充電 (CHG) 場效應(yīng)晶體管 (FET) 或放電 (DSG) FET打開，以斷開電池，并防止進一步損壞。

保護功能并不總是限于電壓和電流方面;例如，某些高電池節(jié)數(shù)量應(yīng)用需要開路檢測 (OCD)。這個類型的保護確認監(jiān)視器始終與每節(jié)電池相連。諸如bq76925的電池監(jiān)視器器件，配備有OCD，是非常常見的電動工具應(yīng)用。

在為你的電池組選擇保護功能時，請考慮：

·一個獨立保護器(只提供硬件保護)。

·具有硬件保護功能的監(jiān)視器。

·具有固件保護功能的電量計。

·上述3者的組合。

為你的電池組選擇具有所需保護功能的合適組件將取決于你的應(yīng)用要求。

為了達到冗余的目的，諸如OV保護器的簡單保護器提供最后一道保護功能。具有二級保護的應(yīng)用包括筆記本電腦、電動自行車、電動滑板車和電工工具。在某些諸如智能手表和手機的單節(jié)電池設(shè)備中，由于只有一節(jié)電池，也就無需監(jiān)視器了。在這些單節(jié)電池應(yīng)用中，具有內(nèi)置固件保護功能的電量計是不錯的選擇。如果你對固件保護情有獨鐘，那么與單節(jié)電池高級保護器配對使用的簡單電量計，比如說bq29700，就更合適一些。

在硬件和固件保護二者之間，有幾點需要注意。兩種保護類型都是有效的，不過在選擇其中任一保護類型時，你必須權(quán)衡，作出取舍?；诠碳谋Ｗo常見于電量計或MCU，而硬件保護常用于獨立保護器或監(jiān)視器中，不過有幾款電量計也具有硬件保護功能。兩者之間的主要差異在于，硬件保護實際上使用的是內(nèi)部電路(比如說比較器)來比較內(nèi)部寄存器，或者保存閥值數(shù)值的電可擦除可編程只讀存儲器 (EEPROM)，以查看是否已經(jīng)出現(xiàn)故障?；诠碳谋Ｗo使用電量計的內(nèi)部算法來比較電池節(jié)的測量值與代碼中寫入的閥值。有時也具有這兩種保護類型來實現(xiàn)冗余。

一個鋰離子電池組需要保護功能，在保持電池安全性的同時，確保應(yīng)用的運行時間能夠更長。通過防止電池性能降低或爆炸等更糟糕情況的發(fā)生，一個好的保護解決方案能夠有益于你的系統(tǒng)運行。下文將深入地談一談監(jiān)視器和電量計，以及它們在電池組中所發(fā)揮的作用。介紹創(chuàng)建安全和健康電池組所需的其它兩個元件：采集電池組中每節(jié)電池的診斷信息，并提供保護功能的監(jiān)視器，以及智能計算電池荷電狀態(tài)和健康水平的電量計。