多節(jié)鋰離子電池的充放電保護_圖文

1、技術(shù)追蹤 37年 7月多節(jié)鋰離子電池的充放電保護李曉延鋰離子電池是一種應用廣泛的可充 電電池,它具有單體工作電壓高、體積 小、重量輕、能量密度高、循環(huán)使用壽 命長,可在較短時間內(nèi)快速充足電以及 允許放電溫度范圍寬等優(yōu)點。此外,鋰 離子電池還有自放電電流小、無記憶效 應和無環(huán)境污染等優(yōu)點。其全球供貨量 正在持續(xù)增加。根據(jù)市場調(diào)研公司的報 告,07全年鋰離子可充電電池的全球供 貨量比上年增加了 17%。而隨著鋰離子 電池的使用面的擴大,對鋰離子電池的 充放電保護就顯得愈發(fā)重要。鋰離子電池的保護鋰離子電池供電設(shè)備的安全性是人 們目前最為關(guān)注的問題,所以對其的保 護就非常重要。鋰離子電池的保護主要 包

2、括過充電保護、過放電保護、過電流 及短路保護等。1過充電保護當充電器對鋰離子電池過充電時, 為防止因溫度上升所導致的內(nèi)壓上升, 需終止充電狀態(tài)。為此,保護器件需監(jiān) 測電池電壓,當其到達電池過充電壓 時, 即激活過充電保護功能, 中止充電。2過放電保護為了防止鋰離子電池的過放電狀 態(tài),當鋰離子電池電壓低于其過放電電壓檢測點時,即激活過放電保護,中止 放電,并將電池保持在低靜態(tài)電流的待 機模式。3過電流及短路保護當鋰離子電池的放電電流過大或短 路情況產(chǎn)生時,保護器件將激活過電流 保護功能。多節(jié)鋰離子電路的保護單 體 鋰 離 子 電 池 的 額 定 電 壓 為 3. 6V ,不能滿足高電壓供電場合的

3、需 要,因此就需要多節(jié)鋰離子電池串聯(lián)使 用。為此,各有關(guān)電源管理控制集成電路生產(chǎn)廠商紛紛推出了自己的多節(jié)鋰離 子電池 (電池組 保護集成電路芯片, 如 精工技術(shù)有限公司(SII的 S-8204B(S-8204B 隸屬于 S-8204系列,該系列 的另一個產(chǎn)品是 S-8204A。兩者的區(qū)別 是 S-8204A 配合 P 溝道 MOSFET 工作, S -8204B 則配合 N 溝道 M O S F E T 工 作。這類產(chǎn)品的特點是監(jiān)控 3、4節(jié)鋰 離子電池的充放電狀態(tài),可實現(xiàn)過充、 過放和過電流保護。以 S-8204B 為例,它能對各節(jié)鋰離 子電池的電壓進行高精度檢測,具有 3段 過電流檢測功能

4、, 通過外接電容可設(shè)置過 充電檢測延遲時間、過放電檢測延遲時 間、放電過電流檢測延遲時間 1和放電過 電流檢測延遲時間 2,還能通過 SEL 端子 切換 3/4節(jié)鋰離子電池串聯(lián)使用。不過, 它最大的特點是可以級聯(lián)使用, 下節(jié)將對 S-8204B 的這一功能進行詳細說明。本文由 Seiko Instruments (HK Ltd.精工技術(shù)有限公司 贊助圖 1多節(jié)鋰離子電池的級聯(lián)技術(shù)追蹤38保護芯片級聯(lián) 上面提到的電池保護芯片最多能保 護 4節(jié)鋰離子電池,然而很多應用都需 要 512節(jié)鋰離子電池串聯(lián)工作,比如 電動工具、電動自行車和 UPS,此時又 如何解決呢?答案很簡單,就是同時使 用多個鋰電池

5、保護芯片。 如圖1所示, 兩 個保護芯片串聯(lián)在一起,由 2個 N 溝道 M O S F E T 做控制開關(guān),可以保護 8節(jié)鋰 離子電池,三個保護芯片串聯(lián)在一起, 就保護了 12節(jié)鋰離子電池。 這種多保護 芯片的串聯(lián)就是保護芯片的 “級聯(lián)” 。 以 S-8204B 為例,兩個 S -8204B 聯(lián)合使 用,用 2個 N 溝道 M O S F E T 在 低壓側(cè)端進行控制,這樣通過 單顆 IC 可選 3節(jié)和 4節(jié)的功能 就可以實現(xiàn)對 68節(jié)串聯(lián)鋰離 子電池的保護。 如果是 5節(jié)鋰離 子電池串聯(lián),則可以使用一個 S-8204B 與其他鋰離子電池保 護芯片串聯(lián), 實現(xiàn)保護功能。 這 種多保護芯片的靈活

6、組合,可 以完成對任意數(shù)目鋰離子電池 的保護。 下面,詳細介紹一下保護 芯片級聯(lián)的具體工作情況。還 是以 S -8204B 為例,其 C T L C 端子可由芯片外部控制 C O P 端 子的輸出電壓、而 C T L D 端子 則可由芯片外部控制 D O P 端子 的輸出電壓。通過 C T L C 端子 以及 C T L D 端子可以分別單獨 控制 C O P 端子與 DOP 端子的輸 出電壓。 并且, 這些控制功能優(yōu)先于芯片內(nèi)部的電池充放電保 護功能。如果 8節(jié)電池中的某一節(jié)電池 發(fā)生過充,與該電池相連接的 S-8204B 的 COP 端子輸出電壓會發(fā)生變化,該電 壓變化會傳遞到與其相連接的

7、另一個 S-8204B 的 CTLC 端子,使得另一個 S-8204B 的 C O P 端子輸出電壓也發(fā)生變 化,從而控制充電控制用 M O S F E T 關(guān) 斷,實現(xiàn)鋰離子電池的過充電保護。如 果 8節(jié)電池中的某一節(jié)電池發(fā)生過放電 時,則由與該電池相連接的 S-8204B 的 D O P 端子向另一個 S -8204B 芯片的 C T L D 端子發(fā)出過放信號,改變其 D O P 端 子 的 狀 態(tài) , 最 終 使 得 放 電 控 制 用M O S F E T 關(guān)斷,結(jié)束放電。圖 2給出了 采用兩個 S-8204B 實現(xiàn)過充電保護的電 路工作原理圖(在 N 溝道 M O S F E T 控

8、 制情況下 ,圖 3是過放電保護工作原理 圖。充放電時的溫度控制另外,對充放電過程的溫度控制也 是許多設(shè)計者需要考慮的。在高溫的時 候?qū)︿囯x子電池充放電,會有爆炸的危 險;在低溫的時候充放電,會對電芯造 成損害。在上面的方案中,在 S-8204B 的 C T L C 端子外接一溫度控制開關(guān)(如 S-5841 ,在鋰離子電池充電過程中溫 度過高時,溫控開關(guān)的控制信號通過 C T L C 端子送給 C O P ,強行結(jié)束鋰離子 電池的充電過程。同樣,在 C T L D 端子 外接溫度控制開關(guān),則能對放電過程進 行溫度保護。 結(jié)語市場上還有單芯片的多節(jié)鋰電池充 電保護解決方案,像 Intersil 公司的 ISL9208, 就可以實現(xiàn)對7節(jié)鋰離子電池 的充電保護。對比多芯片串聯(lián)的方案, 單芯片解決方案的優(yōu)點是電路簡單、比 較容易實現(xiàn)較好的電氣性能,不過能監(jiān) 控的電池數(shù)量有限,且價格較貴。采用 多芯片的級聯(lián)方式,如 S-8204系列, 則 不存在