電池組的保護(hù)及監(jiān)視器和電量計(jì)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(shí)，不論是智能手表還是電動(dòng)自行車(chē)，這項(xiàng)任務(wù)并不像它看起來(lái)那么讓人望而怯步。鋰離子電池組有3個(gè)基本功能：保護(hù)、監(jiān)視和電量計(jì)量。這3個(gè)功能通常由單個(gè)器件處理;然而，某些器件能夠用集成度更高的解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能。事實(shí)上，由合適組件組成的電池組和這3個(gè)功能將提高系統(tǒng)性能、提供更多保護(hù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。本文第一部分將深入探討電池保護(hù)。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(lái)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(hù)

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

·電壓保護(hù)由內(nèi)部比較器組成，它們持續(xù)測(cè)量單個(gè)電池節(jié)的電壓，將其與過(guò)壓 (OV) 和欠壓 (UV) 閥值相比較。電壓保護(hù)被認(rèn)為是第一級(jí)保護(hù)，并且是任一鋰離子電池組所必須具有的保護(hù)功能。

·電流保護(hù)的工作方式與電壓保護(hù)相似，不過(guò)它有一個(gè)計(jì)算流經(jīng)電池組電流的感測(cè)電阻器，并且將這個(gè)電流值與電流閥值相比較，根據(jù)極性，檢測(cè)過(guò)流或短路情況。如果電池的電流超過(guò)了閥值，那么一個(gè)充電 (CHG) 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 或放電 (DSG) FET打開(kāi)，以斷開(kāi)電池，并防止進(jìn)一步損壞。

保護(hù)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(kāi)路檢測(cè) (OCD)。這個(gè)類(lèi)型的保護(hù)確認(rèn)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(jiàn)的電動(dòng)工具應(yīng)用。

在為你的電池組選擇保護(hù)功能時(shí)，請(qǐng)考慮：

·一個(gè)獨(dú)立保護(hù)器(只提供硬件保護(hù))。

·具有硬件保護(hù)功能的監(jiān)視器。

·具有固件保護(hù)功能的電量計(jì)。

·上述3者的組合。

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

為了達(dá)到冗余的目的，諸如OV保護(hù)器的簡(jiǎn)單保護(hù)器提供最后一道保護(hù)功能。具有二級(jí)保護(hù)的應(yīng)用包括筆記本電腦、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)滑板車(chē)和電工工具。在某些諸如智能手表和手機(jī)的單節(jié)電池設(shè)備中，由于只有一節(jié)電池，也就無(wú)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(hù)功能的電量計(jì)是不錯(cuò)的選擇。如果你對(duì)固件保護(hù)情有獨(dú)鐘，那么與單節(jié)電池高級(jí)保護(hù)器配對(duì)使用的簡(jiǎn)單電量計(jì)，比如說(shuō)bq29700，就更合適一些。

在硬件和固件保護(hù)二者之間，有幾點(diǎn)需要注意。兩種保護(hù)類(lèi)型都是有效的，不過(guò)在選擇其中任一保護(hù)類(lèi)型時(shí)，你必須權(quán)衡，作出取舍?；诠碳谋Ｗo(hù)常見(jiàn)于電量計(jì)或MCU，而硬件保護(hù)常用于獨(dú)立保護(hù)器或監(jiān)視器中，不過(guò)有幾款電量計(jì)也具有硬件保護(hù)功能。兩者之間的主要差異在于，硬件保護(hù)實(shí)際上使用的是內(nèi)部電路(比如說(shuō)比較器)來(lái)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(chǔ)器 (EEPROM)，以查看是否已經(jīng)出現(xiàn)故障。基于固件的保護(hù)使用電量計(jì)的內(nèi)部算法來(lái)比較電池節(jié)的測(cè)量值與代碼中寫(xiě)入的閥值。有時(shí)也具有這兩種保護(hù)類(lèi)型來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余。

一個(gè)鋰離子電池組需要保護(hù)功能，在保持電池安全性的同時(shí)，確保應(yīng)用的運(yùn)行時(shí)間能夠更長(zhǎng)。通過(guò)防止電池性能降低或爆炸等更糟糕情況的發(fā)生，一個(gè)好的保護(hù)解決方案能夠有益于你的系統(tǒng)運(yùn)行。下文將深入地談一談監(jiān)視器和電量計(jì)，以及它們?cè)陔姵亟M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(gè)元件：采集電池組中每節(jié)電池的診斷信息，并提供保護(hù)功能的監(jiān)視器，以及智能計(jì)算電池荷電狀態(tài)和健康水平的電量計(jì)。