鋰離子可充電電池串聯(lián)保護系統(tǒng)設計

　　通常狀態(tài)下，S-8254放電控制用端子DOP為VSS(電池4的負電壓)電位，放電MOS管QDISl，QDIS2處于導通狀態(tài)，系統(tǒng)可正常進行放電工作。當檢測到某節(jié)電池電壓低于2.7 V(VDLn)，且這種狀態(tài)保持在TDL(TDL時間由過放電檢測延遲端子CDT外接電容CS決定)以上時，DOP端子的電壓變?yōu)閂DD(電池1的正電壓)電位，放電MOS管關閉，停止放電，這種狀態(tài)稱為過放電狀態(tài)。進入過放電狀態(tài)后，VMP端子電壓經(jīng)電阻R3由負載下拉至VDD/2以下，S-8254轉(zhuǎn)為休眠狀態(tài);斷開負載后，VMP端子電壓經(jīng)電阻R9、充電MOS管QCHRl和QCHR2由VDD上拉至VDD/2以上且低于VDD，S-8254退出休眠狀態(tài)。當所有電池電壓都在3.0 V(VDUn)以上時，過放電狀態(tài)被解除，系統(tǒng)恢復正常放電工作。

　　2.2 過電流、短路保護

　　該系統(tǒng)采用2個并聯(lián)的20 mΩ功率電阻RS1，RS2用于過電流檢測。當放電電流大于20 A時，過電流1，2檢測端子VINI和VSS之間的電壓差大于過電流檢測電位1 VI0V1(O.2 V)，且這種狀態(tài)保持在TIOVl(TIOVl時間由過電流1檢測延遲端子CDT外接電容C3決定)以上時，DOP端子的電壓變?yōu)閂DD電位，放電MOS管關閉，停止放電，進入過電流1保護狀態(tài)。在過電流狀態(tài)下，VMP端子電壓經(jīng)電阻R3由負載下拉至VSS;斷開負載后，VMP端子電壓經(jīng)IC內(nèi)部RVMD電阻被上拉至過電流檢測電位3 VIOV3(電池1的正電壓VC1～1.2 V)以上，過電流狀態(tài)解除，系統(tǒng)恢復正常放電。當放電電流大于50 A時，VINI和VSS之間的電壓差大于過電流檢測電位2 VIOV2(0.5 V)，且這種狀態(tài)保持在TIOV2(1 ms)以上時，進入過電流2保護狀態(tài)。當負載出現(xiàn)短路時，過電流3檢測端子VMP的電壓被瞬間拉至VIOV3以下(檢測延遲時間TI0V3為300μs)，系統(tǒng)進入短路保護(過電流3保護)狀態(tài)。

　　2.3 過充電保護

　　為了確保電池的安全性，該系統(tǒng)對于過充電狀態(tài)采取了兩級保護措施。首先，當檢測到某節(jié)電池電壓高于4.05 V(VCU2n)，且這種狀態(tài)保持在TCU2(TCU2時間由S-8244過充電檢測延遲端子ICT外接電容C16決定)以上時，S-8244充電控制用端子CO輸出動態(tài)“H”，二級充電MOS管QCHR2關閉，停止充電，這種狀態(tài)稱為過充電狀態(tài);進入過充電狀態(tài)后，當所有電池電壓都在3.80 V(VCL2n)以下時，過充電狀態(tài)解除。若因某種原因?qū)е耂-8244保護失效，則S-8254過充電保護生效，當檢測到某節(jié)電池電壓高于4.25 V(VCUln)，且這種狀態(tài)保持在TCUl(TCUl時間由S-8254過充電檢測延遲端子CCT外接電容C2決定)以上時，S-8254充電控制用端子COP變?yōu)楦咦杩?，一級充電MOS管QCHRl的G極被外接電阻R2拉高，QCHRl關閉，進入過充電狀態(tài);當所有電池電壓都在4.15 V(VCLln)以下時，過充電狀態(tài)解除。

　　2.4 充電溫度保護

　　為了確保充電時的安全性和延長電池的使用壽命，電池的充電溫度應控制在O～45℃之間為宜。該系統(tǒng)采用一個負溫度系數(shù)的NTC溫度傳感器RES和一個2路比較器LM393來實現(xiàn)充電溫度保護，其原理圖如圖2所示：當充電溫度位于O～45℃之間時，LM393的兩路比較器輸出均為高阻態(tài)，PNP型三極管Q1關斷，對充電電路不產(chǎn)生影響;隨著溫度的升高，RES阻值逐漸變小，當溫度大于45℃時，LM393下面一路比較器反轉(zhuǎn)，輸出低電平，通過二極管D6將Q1的B極拉低，Q1導通，充電MOS管QCHRl的G極C_QCHR被強制拉高，QCHRl關閉，停止充電;同樣，隨著溫度的降低，RES阻值逐漸變大，當溫度小于O℃時，LM393上面一路比較器輸出低電平，通過二極管D5將Q1導通，從而關閉QCHRl，停止充電。

　　2.5 其他保護功能

　　該系統(tǒng)通過一些簡單有效的電路設計，巧妙地實現(xiàn)了所需的某些保護功能。

　　2.5.1 放電溫度保護

　　為了確保電池的使用安全性，需對電池的放電溫度進行限制。該系統(tǒng)在放電MOS管QDISl，QDIS2的G極C_QDIS和VDD之間連接了一個常開型可恢復溫度保險絲F1。通常狀態(tài)下F1保持開路。不影響正常放電;當電池溫度高于75℃時，F(xiàn)1閉合，C_QDIS與VDD導通.放電MOS管關閉，停止放電，從而實現(xiàn)放電溫度保護功能。

　　2.5.2 充電防反接保護

　　若誤將充電器的正、負極反接入系統(tǒng)中，則會由充電器和電池共同形成一個大電流回路，導致元器件損壞，甚至帶來更大的安全危害。該系統(tǒng)在充電回路中串接進一個防反接二極管D1，這樣即使充電器反接，因此時CHRl的電位將高于CHR+，由于二極管D1的存在，系統(tǒng)將構(gòu)不成回路，從而對其起到了保護作用。

　　2.5.3 充電時禁止放電

　　系統(tǒng)在連接充電器進行充電的過程中若允許其進行放電工作，可能會帶來不必要的安全隱患，因此該系統(tǒng)在充電器的正極輸入端CHR+和C_QDIS之間接入了一個二極管D4。在未連接充電器時，CHR+懸空，對放電工作不產(chǎn)生影響;當連接充電器進行充電時，C_QDIS通過D4被CHR+強制拉高，QDISl，QDIS2關閉，禁止放電。

　　3 結(jié)語

　　鋰離子可充電電池以其特有的性能優(yōu)勢已經(jīng)在多個領域中得到了普遍應用，可以預計其必將成為21世紀的主要動力電源之一。隨著鋰離子可充電電池工業(yè)的發(fā)展，保護系統(tǒng)作為其不可分割的一部分必將起到越來越重要的作用。