電動自行車鋰電池組保護電路設計

摘要：為保證電動自行車鋰電池組安全、長壽命的運行，需為其配備專用管理保護電路。為此，針對一款4并10串規(guī)格的鋰電池組設計了一套保護電路板，采用S-8209A保護芯片，實現(xiàn)了過充電保護、過放電保護、電池充放電平衡、過電流保護、正常帶栽等功能，已被可靠應用于某款電動自行車的鋰電池組中。
關鍵詞：鋰電池；S-8209A；保護電路；過流保護

0 引言
近期，國家多部門聯(lián)合發(fā)文對電動自行車產業(yè)進行了整改，要求電動自行車的整車重量應不大于40 kg，最高車速應不高于20 km／h。據(jù)此標準，目前國內大多數(shù)電動自行車無法達標，而其中一大原因就是存在于動力源——鉛酸電池。由于此類電池的比能量較小，導致其體積和重量均較大，加上生產過程中易造成鉛污染，如今已嚴重制約著電動自行車產業(yè)。
鋰電池問世時間并不長，但由于其具有的比能量大，體積小，重量輕，循環(huán)壽命長，無記憶效應，無污染等特點，已成為未來電動自行車能源的新發(fā)展方向，目前國外的電動自行車已開始推廣使用。鋰電池工作電壓在2．7～4．2 V區(qū)間，可采用多節(jié)電池的串聯(lián)和并聯(lián)來滿足電動自行車所需電壓和電量的要求。鋰電池的使用要求不能過充電、過放電、過電流，否則將降低電池壽命，嚴重時會導致電池爆炸。因此，需要設計一款專用保護電路對每節(jié)電池進行管理，以保證鋰電池的正常充放電。在此完成了一款電動自行車鋰電池保護電路的研究與設計。

1 設計需求
單個鋰電池型號為RFE—N18650，如圖1所示，標稱電壓為3．6 V。鋰電池組采用4并10串的結構，如圖2所示，標稱電壓為36 V，標稱容量為9 Ah。該鋰電池組的保護要求為：充電上限電壓43 V，放電截止電壓27 V。

保護電路要能實現(xiàn)對每級電池的充放電保護，要求如下：
(1)每級電池充電電壓≤4．3 V；
(2)每級電池放電電壓≥2．7 V。
鋰電池組工作過程中，還需實現(xiàn)以下功能：
(1)負載短路保護；
(2)躲避電動機的瞬時啟動電流；
(3)鋰電池組各級電壓在充放電過程中能保持基本均衡。

2 電路總體實現(xiàn)方案
鋰電池組的保護電路實現(xiàn)方案如圖3所示，由2塊電路板組成。保護板1用于監(jiān)視各級鋰電池電壓，通過保護IC產生保護信號，例如禁止充電、禁止放電等；保護板2接收來自保護板1的控制信號，并驅動充、放電回路(深色線指示)的通斷。EB+／EB-可以連接負載或充電器。