電動自行車鋰電池組保護(hù)電路設(shè)計(jì)
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(3)充、放電電量平衡
由于鋰電池在生產(chǎn)過程存在著個體差異，無法確保其內(nèi)阻、容量等參數(shù)的一致，因此在充放電過程中各鋰電池的充放電速率、電壓也就無法保證完全相同。電壓的不平衡常導(dǎo)致部分電池充電無法充滿，放電無法放盡，嚴(yán)重影響鋰電池的使用壽命。
S-8209A具有充電、放電電量均衡功能。如圖5所示，以第3級電池為例，當(dāng)該級電壓優(yōu)先高于VBU時(shí)，S3的CB引腳將驅(qū)動外部MOSFET(Q3)接通一個100 Ω電阻，該電阻對流入第3級電池的充電電流進(jìn)行旁路，以降低其充電速率，從而保證各級電池電壓處于較精準(zhǔn)的均衡狀態(tài)。當(dāng)任何一級電壓高于VBU時(shí)，該級保護(hù)IC都將進(jìn)入充電電量均衡狀態(tài)，直至電壓低于VBL才退出。
在級聯(lián)控制方式下，后級電池的過放電狀態(tài)將通過DO引腳反映至前級，當(dāng)?shù)?級電池電壓低于VDL時(shí)，S3將進(jìn)入過放電狀態(tài)，S2，S1在CTLD引腳的控制下也將進(jìn)入過放電狀態(tài)。如果此時(shí)1，2級電池的電壓都高于VDL，則S2，S1將分別驅(qū)動Q1，Q2導(dǎo)通，兩級電池各通過100 Ω電阻放電，實(shí)現(xiàn)放電電量平衡功能，直至電壓低于VDL為止。
保護(hù)IC級聯(lián)控制方式可以使后級的過放電狀態(tài)反映至前級，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)前級的放電電量平衡功能，然而前級的過放電狀態(tài)卻無法反映至后級。為使前級過放電狀態(tài)能反映至后級，設(shè)計(jì)了過放電狀態(tài)通信電路，如圖6所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175840.htm
正常狀態(tài)下Q11，Q12導(dǎo)通，S10的CTLD引腳被拉低，S10不受級聯(lián)控制影響，當(dāng)任何一級電池過充電時(shí)，圖4中的放電MOSFET組將被關(guān)斷，此時(shí)如果電池組仍接負(fù)載，EB-電位與Batl+相同，Q11，Q12關(guān)斷，CTLD被內(nèi)部電阻上拉，S10也進(jìn)入過放電狀態(tài)，級聯(lián)控制方式將使所有保護(hù)IC均進(jìn)入過放電狀態(tài)，因此電壓高于于VDL的電池組都將實(shí)現(xiàn)放電電量平衡，直至接入充電器或電壓低于VDL。
(6)短路保護(hù)
負(fù)載短路保護(hù)采用了15 A規(guī)格的鉛類保險(xiǎn)絲FUSE，位置如圖4所示，斷開時(shí)將切斷放電回路。采用鉛類保險(xiǎn)絲一方面是由于負(fù)載工作電流較大，電路板要求尺寸較小，無法采用專用熔斷器；另一方面是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)在啟動瞬間瞬時(shí)電流可達(dá)額定電流的10～20倍，鉛類保險(xiǎn)絲可以躲過瞬時(shí)的大電流。
(7)延時(shí)保護(hù)
為使電壓的檢測、解除更為可靠、穩(wěn)定，保護(hù)IC提供了延時(shí)保護(hù)功能。在最前級芯片S10的CDT引腳處接入電容C11(0．01μF)，可產(chǎn)生tDET=10．0×0．01=0．1 s的檢測延時(shí)，當(dāng)任何保護(hù)達(dá)到檢測電壓時(shí)，均需延遲tDET后方可動作；此外，還有解除延時(shí)時(shí)間tREL，tREL=tDET ／10=0．01 s，當(dāng)任何保護(hù)達(dá)到解除電壓時(shí)，也需延遲tREL才能動作。
4 PCB設(shè)計(jì)
電路板被劃分成兩塊：控制電路板(保護(hù)板1)和驅(qū)動電路板(保護(hù)板2)。檢測電路被布置于保護(hù)板1中，由10片S-8209A及其外圍電路組成，電流小，功耗低，抗干擾能力要求較高；電流回路驅(qū)動被布置于保護(hù)板2中，由充、放電MOSFET組及保險(xiǎn)絲組成，要求能夠通斷大電流，功耗大，開關(guān)器件產(chǎn)生的干擾也較大。通過對兩大功能進(jìn)行分離、合理布線、覆銅，最終成品如圖7和圖8所示。
5 結(jié)語
該保護(hù)電路板已被搭載在鋰電池組上，并作為一個整體應(yīng)用于電動自行車中。電動車能夠正常騎行，過放電能正常截止，充電滿額能正常停止，且能夠保證各電池電量的基本均衡。該電路不僅適用于電動自行車鋰電池組的保護(hù)，通過對充放電MOSFET的更改，或?qū)ΡＷo(hù)級數(shù)的增減，還可應(yīng)用于其他不同負(fù)載或不同級聯(lián)結(jié)構(gòu)鋰電池組的保護(hù)，它屬于鋰電池組保護(hù)電路的一個典型應(yīng)用。對于一些對過流有嚴(yán)格要求的電路，未來還可考慮加入過流保護(hù)電路，以截?cái)噙^流放電回路，并在電流恢復(fù)后還能正常工作。
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