圖1：基于功能和串聯(lián)電池節(jié)配置的電池組選型指南

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。

 

 

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。基于固件的保護常見于電量計或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。

 

 

 

 

 

由于保護功能是所有電池組電子元件的主要功能，一般的電池組器件都配備有某些級別的保護功能。例如，一個電池監(jiān)視器（模擬前端 [AFE]）被設(shè)計為實現(xiàn)以下功能，或混合功能：

 

·測量單節(jié)電池電壓、電池組電流和電池組溫度（通過一個單獨的溫度傳感器測量）。

 

·驅(qū)動一個為其它組件供電的集成LDO，比如說電量計或微控制器 (MCU)。

 

·驅(qū)動一個電池平衡網(wǎng)絡(luò)，以確保電池組中的每節(jié)電池在充電時保持一致。

 

·驅(qū)動充電 (CHG) 和放電 (DSG) FET來保護電池組。

 

·提供包括電壓和電流保護功能在內(nèi)的混合硬件保護功能。

 

如你所見，監(jiān)視器提供針對電池組的關(guān)鍵功能。這些功能使得監(jiān)視器對于電池組來說極其重要；然而，需要注意的一點是，并不是所有的應(yīng)用都需要獨立監(jiān)視器。某些電池節(jié)數(shù)量較低的應(yīng)用（少于5節(jié)電池）不使用監(jiān)視器；而使用的是諸如bq40z50-R1等包含監(jiān)視功能的多合一電量計（保護器、監(jiān)視器和電量計）。此外，所有監(jiān)視器需要某些形式的主機、MCU或電量計來對其進行控制，并且接收電池節(jié)測量數(shù)據(jù)等通信信息。

 

 

現(xiàn)在，我們來談一談電量計到底是什么器件，以及如何選擇一款電量計。一個電量計就意味著要去計量。換句話說，它的工作就是估計或確定某些參數(shù)的幅度、數(shù)量或大小。在一個電池組中，電量計計算2個東西：荷電狀態(tài) (SOC) 和健康狀態(tài) (SOH)。SOC是指電池內(nèi)支持系統(tǒng)運行的所剩電量，而SOH是電池壽命的測量值，并決定是否需要更換。然后，這個電量計將知道何時提示系統(tǒng)注意這些數(shù)值，這樣的話，用戶就可以采取正確的操作了。在選擇電量計時，你可以采取以下3條途徑中的任何一個，可以選擇：

 

·一個多合一電量計（配備有監(jiān)視器 (AFE)，以及某些種類的保護）

 

·一個不執(zhí)行任何監(jiān)視或保護功能的分立式電量計。

 

·一個MCU。

 

分立式電量計是具有特殊固件，能夠執(zhí)行電量計量活動的器件。選擇MCU，而不選擇電量計將取決于你在電量計量算法開發(fā)方面的經(jīng)驗，或者說，你是否更喜歡使用準(zhǔn)確的、現(xiàn)成可用、易于上手的器件。TI擁有大量的支持不同算法的產(chǎn)品組合，每一種算法都有其自身的復(fù)雜度和精確度等級。例如，我們的Impedance Track 算法，能夠提供非常精密的準(zhǔn)確度，誤差率為1%。

 

需要知道的最后一件事情就是，在電池組內(nèi)，分立式電量計對監(jiān)視器所發(fā)揮的作用。在這個情況下，電量計是控制監(jiān)視器的大腦，并且完成設(shè)定保護閥值或驅(qū)動保護FET等操作。

 

所有電池組具有3個基本功能：保護、監(jiān)視和電量計量。電池組可以包含一個單芯片解決方案（例如bq40z50-R1）或一個多芯片解決方案；這二者均有其自身的優(yōu)缺點。電池組中的保護功能也許是一個獨立器件，或者包含在電量計或監(jiān)視器中。出于冗余的目的，硬件和固件保護能夠一起工作。監(jiān)視器依賴主機實現(xiàn)通信的目的，而一個電池組需要具有某種電量計量算法的電量計或MCU。

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