《電子技術(shù)應(yīng)用》
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筆記本電腦Li+電池保護(hù)及容量計(jì)量
摘要: Li+電池具有容量大、使用壽命長、輕薄等特性,非常適合筆記本電腦等便攜式產(chǎn)品,然而Li+電池在安全性設(shè)計(jì)中需嚴(yán)格避免出現(xiàn)過充電、過放電、短路等異?,F(xiàn)象,另外,系統(tǒng)設(shè)計(jì)還往往需要電量指示,故在Li+電池模塊內(nèi)需要有電量計(jì)及保護(hù)IC。容量計(jì)量時(shí)如何得到最準(zhǔn)確的容量預(yù)測,對于筆記本電腦的電池管理非常關(guān)鍵。在保護(hù)機(jī)制上,需要防止因第一級保護(hù)IC故障或MOSFET短路而造成的過壓故障,所以,第二級保護(hù)IC在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中是不可或缺的最后防線。本文提供了一個(gè)由MAX1780和MAX1906構(gòu)成的、完備的Li+電池組保護(hù)方案。
關(guān)鍵詞: 電池|模塊 筆記本 電池 容量
Abstract:
Key words :

       前言

       Li+電池具有容量大、使用壽命長、輕薄等特性,非常適合筆記本電腦等便攜式產(chǎn)品,然而Li+電池在安全性設(shè)計(jì)中需嚴(yán)格避免出現(xiàn)過充電、過放電、短路等異?,F(xiàn)象,另外,系統(tǒng)設(shè)計(jì)還往往需要電量指示,故在Li+電池模塊內(nèi)需要有電量計(jì)及保護(hù)IC。容量計(jì)量時(shí)如何得到最準(zhǔn)確的容量預(yù)測,對于筆記本電腦的電池管理非常關(guān)鍵。在保護(hù)機(jī)制上,需要防止因第一級保護(hù)IC故障或MOSFET短路而造成的過壓故障,所以,第二級保護(hù)IC在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中是不可或缺的最后防線。本文提供了一個(gè)由MAX1780和MAX1906構(gòu)成的、完備的Li+電池組保護(hù)方案。

       電池保護(hù)電路結(jié)構(gòu)

       電池保護(hù)電路包括電量計(jì)、第一級保護(hù)IC(防止電池過充、過放、短路)、第二級保護(hù)IC(防止第二次過壓)、保險(xiǎn)絲、LED指示、溫度調(diào)節(jié)等部件(圖1),圖中,MAX1780實(shí)現(xiàn)電量計(jì)量和第一級保護(hù),MAX1906為第二級電池保護(hù)IC。

       MAX1780對電量計(jì)容量的補(bǔ)償

       MAX1780采用各種查找表和緩存器為電池容量補(bǔ)償提供了非常完整的方案,其中包括:

       1、放電效率補(bǔ)償

電池保護(hù)模塊內(nèi)部架構(gòu)

       MAX1780會在電池放電時(shí)根據(jù)實(shí)際溫度、放電電流對放電效率進(jìn)行容量補(bǔ)償。舉例來說,根據(jù)電池在不同放電電流、溫度下的放電曲線,以一個(gè)4000mAh的電池來說,在20℃、0.2C(放電電流800mAh)所能提供的容量最高,如果放電容量達(dá)到4000mAh,則此時(shí)放電效率為100﹪;若在0℃、0.2C下放電,可能提供的放電電量為3600mAh,則放電效率為3600/4000=90﹪。所以,如果按照0.2C的速率放電一小時(shí),溫度為20℃時(shí)剩余容量為4000-800=3200mAh,溫度為0℃時(shí),則正確容量為4000-(800 0.9)=3112mAh。由此可見,電量計(jì)需要根據(jù)放電效率調(diào)整剩余容量,確保電量計(jì)量的準(zhǔn)確性。

 



       2、標(biāo)定電壓單元

       將某一固定的剩余容量值在不同放電電流、溫度下對應(yīng)的電池電壓作為標(biāo)定電壓。當(dāng)電池電壓達(dá)到標(biāo)定電壓時(shí),則將電量計(jì)的剩余容量修正為標(biāo)定電壓對應(yīng)的容量,若剩余容量已達(dá)到標(biāo)定電壓對應(yīng)的容量、但電池電壓仍高于標(biāo)定電壓,則保持剩余容量不變、直到電池電壓達(dá)到標(biāo)定電壓后更新電壓。

 

       3、自放電補(bǔ)償

       電池的自放電會影響容量,且自放電率與溫度、使用時(shí)間、電池容量有關(guān),MAX1780同樣利用查找表獲得精準(zhǔn)的自放電補(bǔ)償。

       電池匹配問題

       隨著電池工作時(shí)間的延長,每節(jié)電池的內(nèi)部阻抗會產(chǎn)生較大的偏差,電池容量也會發(fā)生一定的變化。這樣,充電時(shí)可能造成某節(jié)電池電壓過高而其余電池尚未充滿的現(xiàn)象。當(dāng)然,也可能在放電時(shí)某節(jié)電池電壓偏低,導(dǎo)致低電壓保護(hù)提前動作,影響其他電池的使用壽命。所以,電池保護(hù)電路常常還考慮電池匹配性的檢測,MAX1780利用四個(gè)GPIO、配合適當(dāng)?shù)能浖刂?,能夠判斷電池的匹配性。充電時(shí),如果檢測到某節(jié)電池異常,相應(yīng)的GPIO可控制外部P溝道MOSFET導(dǎo)通,對該節(jié)電池的充電電流做適當(dāng)分流,如圖2所示,分流電流由限流電阻R決定,從而避免由于電池的不匹配而造成其它電池容量受損。

Li
 

       利用MAX1906提高系統(tǒng)的安全性

       MAX1906通過控制一個(gè)三端保險(xiǎn)絲為Li+電池組提供保護(hù),該款I(lǐng)C通常配合其它保護(hù)電路為系統(tǒng)提供高級防護(hù)措施。MAX1906分別監(jiān)視每節(jié)電池的電壓,當(dāng)任何一節(jié)電池電壓超出門限值的時(shí)間大于2.1s時(shí),保險(xiǎn)絲驅(qū)動電路將吸收足夠的電流、熔斷外部保險(xiǎn)絲,永久性地切斷電池組與系統(tǒng)的連接。另外,MAX1906還可檢測每節(jié)電池是否連接正常,內(nèi)部測試電路用于檢測電路工作是否正常。

       結(jié)論

       隨著Li+應(yīng)用范圍越來越廣,對Li+電池保護(hù)電路的要求也變得多樣化、復(fù)雜化。MAX1780具有完善的電池容量計(jì)量補(bǔ)償,靈活的軟件設(shè)計(jì)可構(gòu)成各種應(yīng)用電路,配合MAX1906可實(shí)現(xiàn)兩級防護(hù),為筆記本電腦等要求高可靠性的設(shè)備提供良好的電池保護(hù)解決方案。AD574在工頻弱磁測量儀中的應(yīng)用

 

 
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