設(shè)計高電壓電池組的簡單方法

　　為說明這種電池和系統(tǒng)的典型操作，我們以一個簡單的無繩圓鋸為例加以說明。在這個例子當(dāng)中，電池的保護和監(jiān)測裝置將過流觸發(fā)點設(shè)定為50A，短路觸發(fā)點設(shè)定為100A。如果過流事件在125ms內(nèi)被清除，或者負(fù)載電流超過了短路電流限制，就會被認(rèn)為發(fā)生了一個硬故障，電動工具將會關(guān)機。下圖顯示了一般的情形。

　　Figure 2

　　在階段A，工具從初始復(fù)位條件開始啟動。電鋸需要超過80A的電流來啟動電動機，當(dāng)鋸轉(zhuǎn)起來以后，如果不工作，只需要4A～6A的電流讓電機保持運轉(zhuǎn)。

　　在階段B，使用者開始切割一塊干燥的木頭，電鋸需要10A～20A的電流保持正常的切割操作。

　　在階段C，電鋸的鋸齒碰到了一個木節(jié)，或是鋸片在切割過程中被卡住了，負(fù)載可能會在短時間內(nèi)增加到60A，會被認(rèn)為發(fā)生了過流。假定使用者立刻減小了鋸片上的力量，負(fù)載會在所允許的128ms內(nèi)降到過流保護的水平以下，電鋸就會繼續(xù)正常的操作。

　　在階段D，使用者想切斷木頭，增加了鋸片上的力量，負(fù)載電流也相應(yīng)增加。監(jiān)測和保護電路首先會認(rèn)為出現(xiàn)了過流，緊接著又會認(rèn)為發(fā)生了短路。由于短路被認(rèn)為是硬故障，電池的放電將被立刻中止，鋸片也會立刻停下來。注意，過流和短路指示信號是在ISL9208內(nèi)部產(chǎn)生的，并將錯誤通過I2C接口傳送給微控制器。

　　圖2中的數(shù)字故障指示是由AFE中的模擬監(jiān)測和保護電路驅(qū)動的。在一個設(shè)計良好的電路里，這些電路會過濾掉信號，以避免誤關(guān)斷。例如，Intersil的ISL9208系列產(chǎn)品提供了多個可由用戶根據(jù)特定應(yīng)用編程設(shè)定的電壓、電流、和時間閥值，包括：

• 　　4個放電過流閥值
• 　　4個短路閥值
• 　　4個充電過流閥值
• 　　8個過流延遲時間(充電)
• 　　8個過流延遲時間(放電)
• 　　2個短路延遲時間(放電)

　　這些閥值使設(shè)計者在處理各種設(shè)備的放電曲線時，具有了非常大的靈活性。如在電動工具中，當(dāng)電池初次安裝到工具上時，由于不同的工具具有不同的放電曲線，工具向電池傳送限值的功能就會有用。這種技術(shù)可將電池的特性與工具/應(yīng)用相匹配，讓用戶能夠發(fā)揮出設(shè)備的最大功能。

　　電池內(nèi)單個電池芯的過壓和欠壓情況也是很重要的監(jiān)測指標(biāo)。如果任何一個電池芯的電壓超過了制造商所規(guī)定的上限，就必須關(guān)斷充電功能以避免出現(xiàn)潛在的危險情況。類似的，如果任何一個電池芯的電壓低于制造商規(guī)定的放電截止限值，就必須關(guān)斷放電功能。在某些電池芯電壓變得很低的情況下，出于安全考慮，可能需要采用不同的充電技術(shù)，電池也可能需要完全關(guān)斷。由微控制器讀出每個電池芯的電壓，這樣可對其進行數(shù)字濾波，以消除噪聲并提高系統(tǒng)精度。

　　正如之前所提到的，一些電池可能具有在充放電周期時監(jiān)測并控制電流的功能。在一個可在兩個周期中同時監(jiān)測電流的電池中，在出現(xiàn)充電過電流或者短路事件時，將延緩充電周期。利用一個獨立的充電限值集，AFE將類似的指標(biāo)提供給微控制器，ISL9208則隨后利用自動保護功能關(guān)斷充電MOSFET，或者通過將錯誤情況報告給微控制器，并讓微控制器在執(zhí)行完適當(dāng)?shù)腻e誤處理固件后命令I(lǐng)SL9208關(guān)斷MOSFET。