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電動自行車鋰電池組保護(hù)電路設(shè)計

作者: 時間:2013-04-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

(3)充、放電電量平衡
由于在生產(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)重影響的使用壽命。
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,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,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,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)計了過放電狀態(tài)通信電路,如圖6所示。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/175840.htm

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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,圖4中的放電MOSFET組將被關(guān)斷,此時如果電池組仍接負(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)格的鉛類保險絲FUSE,位置如圖4所示,斷開時將切斷放電回路。采用鉛類保險絲一方面是由于負(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;另一方面是因為直流電機在啟動瞬間瞬時電流可達(dá)額定電流的10~20倍,鉛類保險絲可以躲過瞬時的大電流。
(7)延時保護(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,當(dāng)任何保護(hù)達(dá)到檢測電壓時,均需延遲tDET后方可動作;此外,還有解除延時時間tREL,tREL=tDET /10=0.01 s,當(dāng)任何保護(hù)達(dá)到解除電壓時,也需延遲tREL才能動作。

4 PCB設(shè)計
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。

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5 結(jié)語
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,以截斷過流放電回路,并在電流恢復(fù)后還能正常工作。

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