|
前言
Li+电池具有容量大、使用寿命长、轻薄等特性,非常适合笔记本电脑等便携式产品,然而Li+电池在安全性设计中需严格避免出现过充电、过放电、短路等异常现象,另外,系统设计还往往需要电量指示,故在Li+电池模块内需要有电量计及保护IC。容量计量时如何得到最准确的容量预测,对于笔记本电脑的电池管理非常关键。在保护机制上,需要防止因第一级保护IC故障或MOSFET短路而造成的过压故障,所以,第二级保护IC在新产品的设计中是不可或缺的最后防线。本文提供了一个由MAX1780和MAX1906构成的、完备的Li+电池组保护方案。
电池保护电路结构
电池保护电路包括电量计、第一级保护IC（防止电池过充、过放、短路）、第二级保护IC（防止第二次过压）、保险丝、LED指示、温度调节等部件（图1）,图中,MAX1780实现电量计量和第一级保护,MAX1906为第二级电池保护IC。
MAX1780对电量计容量的补偿
MAX1780采用各种查找表和缓存器为电池容量补偿提供了非常完整的方案,其中包括：
1、放电效率补偿
MAX1780会在电池放电时根据实际温度、放电电流对放电效率进行容量补偿。举例来说,根据电池在不同放电电流、温度下的放电曲线,以一个4000mAh的电池来说,在20℃、0.2C（放电电流800mAh）所能提供的容量最高,如果放电容量达到4000mAh,则此时放电效率为100﹪;若在0℃、0.2C下放电,可能提供的放电电量为3600mAh,则放电效率为3600/4000＝90﹪。所以,如果按照0.2C的速率放电一小时,温度为20℃时剩余容量为4000－800＝3200mAh,温度为0℃时,则正确容量为4000－（800 0.9）＝3112mAh。由此可见,电量计需要根据放电效率调整剩余容量,确保电量计量的准确性。
2、标定电压单元
将某一固定的剩余容量值在不同放电电流、温度下对应的电池电压作为标定电压。当电池电压达到标定电压时,则将电量计的剩余容量修正为标定电压对应的容量,若剩余容量已达到标定电压对应的容量、但电池电压仍高于标定电压,则保持剩余容量不变、直到电池电压达到标定电压后更新电压。
3、自放电补偿
电池的自放电会影响容量,且自放电率与温度、使用时间、电池容量有关,MAX1780同样利用查找表获得精准的自放电补偿。
电池匹配问题
随着电池工作时间的延长,每节电池的内部阻抗会产生较大的偏差,电池容量也会发生一定的变化。这样,充电时可能造成某节电池电压过高而其余电池尚未充满的现象。当然,也可能在放电时某节电池电压偏低,导致低电压保护提前动作,影响其他电池的使用寿命。所以,电池保护电路常常还考虑电池匹配性的检测,MAX1780利用四个GPIO、配合适当的软件控制,能够判断电池的匹配性。充电时,如果检测到某节电池异常,相应的GPIO可控制外部P沟道MOSFET导通,对该节电池的充电电流做适当分流,如图2所示,分流电流由限流电阻R决定,从而避免由于电池的不匹配而造成其它电池容量受损。
利用MAX1906提高系统的安全性
MAX1906通过控制一个三端保险丝为Li+电池组提供保护,该款IC通常配合其它保护电路为系统提供高级防护措施。MAX1906分别监视每节电池的电压,当任何一节电池电压超出门限值的时间大于2.1s时,保险丝驱动电路将吸收足够的电
流、熔断外部保险丝,永久性地切断电池组与系统的连接。另外,MAX1906还可检测每节电池是否连接正常,内部测试电路用于检测电路工作是否正常。
结论
随着Li+应用范围越来越广,对Li+电池保护电路的要求也变得多样化、复杂化。MAX1780具有完善的电池容量计量补偿,灵活的软件设计可构成各种应用电路,配合MAX1906可实现两级防护,为笔记本电脑等要求高可靠性的设备提供良好的电池保护解决方案。AD574在工频弱磁测量仪中的应用 |
