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实现电池保护板,将多个锂电池充电IC串联

目前,各大锂电池厂商针对不同类型的锂离子电池过充、过放电、过流保护要求设计了各类锂电池保护IC,以确保电池安全性能,避免电池特性劣化。这些锂电池保护IC大多适用于1-4节串联的锂离子电池,而有些芯片等新产品很少适用于5-10节串联的锂离子电池,其保护功能完善,广泛应用于许多锂电池保护电路中。但是,对于很多序列号,比如串联超过10串锂电池的电池组或者保护IC的数量与实际串联的锂电池组数量不同,如果目前市场上的集成电路芯片用于制作保护电路,则不会有不够灵活实现保护或使用的缺点。

 

此外,当一组锂电池串联充电时,每个电池都应进行平衡和充电,否则整个电池组的性能和寿命在使用过程中都会受到影响。常用的均衡充电技术包括恒流电阻均衡充电、开关分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压转换器均衡充电、电感均衡充电等。现有的单节锂电池保护IC不包含均衡充电控制功能;多节锂电池保护IC均衡充电控制功能需要外部CPU,通过与保护IC(如I2C总线)的串行通信来实现,降低了保护电路的复杂性和设计难度,降低了系统的效率和可靠性,增加了功耗。

 

在本文中,对于成组使用的动力锂电池,每个锂电池都需要过充电、欠压放电、过流和短路的保护。在充电过程中,整组电池的平衡充电问题被设计为使用单节锂电池。具有均衡充电功能的电池组保护板,可保护串联连接的任意数量的锂电池组。仿真结果及工业生产应用证明,该保护板具有保护功能齐全、运行稳定、性价比高、均衡充电误差小于50mV等特点。

 

 

基本工作原理

采用单节锂电池保护IC设计的具有均衡充电能力的锂电池组保护板的示意图如图1所示。

其中:

  1. 1为单节锂离子电池;
  2. 2.是充电过压分流放电支路电阻;
  3. 3.是用于并联放电分支控制的开关装置;
  4. 4.过流检测保护电阻;
  5. 5为省略锂电池保护IC与电路连接部分;
  6. 6.是单节锂电池保护IC(一般包括充电IC控制引脚CO、放电控制引脚DO、放电过流和短路检测引脚VM、电池正极VDD、电池负极VSS等);
  7. 7.充电过压保护信号由光耦隔离,形成并联关系,驱动主电路中充电IC控制MOS管的栅极;
  8. 8.是放电后的欠压、过流、短路保护信号经过光耦隔离后形成串联关系,带动放电在主回路MOS管栅中进行控制;
  9. 9.为充电控制开关装置;
  10. 10.为放电控制开关装置;
  11. 11.为控制电路;
  12. 12.为主电路;
  13. 13.为分流放电支路。

单节锂电池保护IC的数量是根据锂电池电芯的数量确定的,它们串联使用,以保护相应的单节锂电池免受充放电,过流和短路情况的影响。在充电和保护的同时,系统通过保护IC实现均衡充电,控制并联放电分支开关装置的开断。该解决方案不同于在充电器端实现平衡充电的传统方法,减少了锂电池组充电器的设计。应用程序的成本。

锂电池组保护板示意图
图1 具有均衡充电能力的锂电池组保护板示意图


锂电池组充电时,外部电源的正负极分别连接到电池组BAT+和BAT-的正负极,充电电流流过电池组的正极BAT+,电池组中的单节锂电池1~N, 和放电控制开关装置、充电控制开关装置、电池组的负极BAT-,电流的流动如图2所示。

充电流程
图2 充电流程

 

系统控制电路部分单节锂电池保护IC的充电过压保护控制信号由光耦隔离,并联输出,为主电路中充电开关器件的传导提供栅极电压;如某一或几块锂电池在充电过程中,首先进入过电压保护状态,并联单节锂电池正负极连接的并联放电分支由过压保护信号控制放电,同时,将相应串联在充电电路中的单节锂电池断开,离开充电电路。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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创建时间:2022-06-24 14:25