如何在提高精度和延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間的同時(shí)提高電池的安全性

Other Parts Discussed in Post： BQ76942， BQ76952

作者：Terry Sculley

近年來(lái)，諸如吸塵器、電動(dòng)工具（如鉆頭、鋸子和螺絲刀）和園藝工具（如割草機(jī)、修邊機(jī)和草坪拖拉機(jī)）等消費(fèi)品已從依靠繩索和墻壁供電轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)繩設(shè)備和充電電池供電。即使是以前沒(méi)有動(dòng)力的自行車(chē)，現(xiàn)在也在向電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)摩托車(chē)轉(zhuǎn)變。

這些電池組通常由單塊鋰離子電池、鋰聚合物電池或磷酸鋰電池構(gòu)成，如果使用不當(dāng)可能會(huì)造成危險(xiǎn)，從而導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。為確保電池的安全使用，電池組內(nèi)的電子器件對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)控，使電池僅在電池制造商規(guī)定的條件下運(yùn)行。這些條件通常包括：

最大允許充電電壓。

最大充放電電流。

規(guī)定的充放電溫度范圍。

因此，測(cè)量電池組內(nèi)的關(guān)鍵參數(shù)至關(guān)重要，尤其是電池組內(nèi)電池電壓、電流和溫度，因?yàn)檫@些參數(shù)超過(guò)極限值時(shí)，將會(huì)觸發(fā)適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。

測(cè)量數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確，以便設(shè)計(jì)人員決定在設(shè)計(jì)中包含多少裕度。例如，如果電池規(guī)格將全充電電壓限制為4.3V，但測(cè)量數(shù)據(jù)的精度為±50 mV，則設(shè)計(jì)人員必須將系統(tǒng)配置為在測(cè)量顯示電壓高于4.25V時(shí)禁用充電。但是，由于實(shí)際電池電壓可能低至4.2V，在這種情況下，充電會(huì)在電池充滿電之前停止，從而導(dǎo)致應(yīng)用容量的浪費(fèi)和電池壽命縮短。

BQ76942和BQ76952等電池組的高精度電池監(jiān)視器和保護(hù)器專為使用鋰離子、鋰聚合物或磷酸鋰電池的應(yīng)用設(shè)計(jì)。這些設(shè)備支持從3s到10s（BQ76942）和16s（BQ76952）的串聯(lián)電池組，可以測(cè)量電池電壓、電流和溫度，并可以與其他電路共享數(shù)據(jù)，例如電池組中的獨(dú)立微控制器或電動(dòng)自行車(chē)中的系統(tǒng)控制器。BQ76942和BQ76952還可以使用數(shù)據(jù)自動(dòng)觸發(fā)電池保護(hù)，禁用電池組以避免超出制造商規(guī)范運(yùn)行，并在條件允許時(shí)重新啟用電池組，無(wú)論是否與主機(jī)或系統(tǒng)微控制器交互。

圖 1展示了BQ76952的框圖，其集成了：

測(cè)量和檢測(cè)子系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)電壓、電流和溫度，以便在參數(shù)超過(guò)允許閾值時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。

驅(qū)動(dòng)外部保護(hù)FET和化學(xué)熔絲的執(zhí)行器。

一個(gè)數(shù)字主機(jī)接口子系統(tǒng)，除了用于選擇功能的引腳控件外，還支持多個(gè)串行通信標(biāo)準(zhǔn)。

多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，一個(gè)用于內(nèi)部電路，兩個(gè)供外部使用。

圖1：BQ76952框圖

圖2顯示了基于BQ76952的16s電池組的簡(jiǎn)化原理圖，使用I2C與主微控制器通信。集成調(diào)節(jié)器為微控制器和可選的外部收發(fā)器提供電源軌。

圖2：基于BQ76952的16s系統(tǒng)簡(jiǎn)化原理圖

BQ76942和BQ76952中的測(cè)量子系統(tǒng)將電池組內(nèi)的各種電壓、電流和溫度數(shù)字化。由于每個(gè)測(cè)量都有特定的要求，因而這些測(cè)量是以不同的方式獲得的。例如，溫度變化緩慢，因此可以緩慢地進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。然而，電池組電流可能有短脈沖活動(dòng)，如果不連續(xù)采樣，可能會(huì)遺漏。

處理電壓和庫(kù)侖計(jì)數(shù)器ADC生成的值，以提供測(cè)量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在設(shè)備內(nèi)使用，并可供電池組內(nèi)的單獨(dú)處理器、電動(dòng)工具或電動(dòng)自行車(chē)中的系統(tǒng)控制器訪問(wèn)。這些數(shù)據(jù)包括：

單塊電池的差分電壓和選擇額外的系統(tǒng)電壓。

電池組電流和通過(guò)的電荷（庫(kù)侖計(jì)數(shù)）。

內(nèi)部裸片和9個(gè)外部熱敏電阻溫度讀數(shù)。

支持外部熱敏電阻測(cè)量的引腳也可用于通用ADC輸入，支持不超過(guò)~1.8V的輸入電壓。電壓ADC在測(cè)量回路上工作，且輸入在多個(gè)輸入之間定期多路復(fù)用。BQ76942和BQ76952的測(cè)量子系統(tǒng)包括多個(gè)可編程選項(xiàng)，可以在測(cè)量速度和精度之間進(jìn)行優(yōu)化和權(quán)衡。

隨著電池供電的消費(fèi)品越來(lái)越流行，確保它們?cè)诎踩妷?、電流和溫度范圍?nèi)運(yùn)行至關(guān)重要。具有集成功能的電池監(jiān)視器可以幫助設(shè)計(jì)工程師在提高精度的同時(shí)解決這三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。有關(guān)使用TI電池監(jiān)視器進(jìn)行設(shè)計(jì)的更多信息，請(qǐng)查看下面的其他資源。

審核編輯：金巧