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贝能科技专题之PIC微控制器系列(七)

2008-07-15

5～7节串联锂电池组的电池平衡和过流保护方案
贝能科技晏炳珠

1. 概述
         近年来，随着锂电产业的迅速发展，越来越多的产品如电动工具、医疗系统、电动汽车和可携式测试设备等开始采用锂电池作为其主要电源。锂离子电池具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应、体积小、重量轻及无公害等优点，已逐渐替代铅酸蓄电池、镉镍蓄电池，成为动力电池的主流。
         锂电池组通常由几个电池串联构成锂电池包，该组合方式即可同时满足笔记本电脑、医疗设备、测试仪器、电动工具及工业应用所需的电压和功率要求。对于锂电池组，由于单节电池间存在容量、内阻上的差别，其各节电池充放电的速度不一致，在充电过程中，有些电池较易充电；在放电过程中，有些电池也较易放电；同时低容量的电池充放电速度比高容量电池快。而且不同厂家生产的电芯一般容量会有所不同，即使是同一厂家生产的同一批产品，各单节电芯间的容量也会有所差别。对于串联电池组，当各单节电池间存在不平衡时，电池组的实际使用将使各单节电池间的不平衡加剧，因而使各单节电池容量差别进一步加大。
         另外单个锂离子电池存在着最大充电电压的限制，单个锂离子电池放电不能低于特定的电压，如果对充电电压没有限制，低容量电池会过冲，导致损坏。当某个电池芯的电压达到最大允许电压时，必须停止充电；当某个电池芯的电压达到最小允许电压时，必须停止放电。
         因此，如果只对单个电池做简单串联并进行过压与低压保护，电池包必有一部分容量将不能利用到，如图1 所示。

图1

基于以上分析，为发挥电池包的最大功效，电池平衡性能即很有必要。

2. 单芯片ISL9208的特点
         Intersil公司发布的电池平衡和过流保护的单芯片ISL9208是目前业内第一种实现多芯锂电池组平衡和过流保护的集成模拟前端，可应用于5～7个18V～28V的电池组。ISL9208可以取代一些设计中多达17个FET、12个二极管、53个电阻和31个电容，大大地简化了从电动工具到混合动力汽车等采用多芯电池组供电的应用设计。
         ISL9208单芯片实现了电池平衡和保护电池组防止高电流的情况。电池平衡使得微控制器保持了各个电池芯容量的匹配，提高了电池组的工作时间，延长了电池寿命。其内置的3.3V电压调节器减少了元件数量，同时为微控制器提供电源，具有检测短路和过流情况，需要时可自动关断FETs电源，提供关键保护功能。
         ISL9208功能框图如图2所示，各管脚功能说明见表1所示。

图2