为我们的锂电池供电的系统，选择正确的电池保护和监测方案

1、前言

锂离子电池能量密度高，循环寿命长，它们也没有其他电池的记忆效应。这些特性使它们对便携式电子系统具非常大的优势。但是锂离子电池也需要在规定的限制内运行才能安全使用，因此电池需要设计用于在超过限制时响应或向系统提供信号的电子设备。

电池电子设备监控多种条件，例如电压、电流和温度以及它们如何随时间变化。他们需要感知这些参数的所需组合以做出响应，无论是向系统发送信号、激活开关以防止充电或放电，还是打开保险丝。下面的图 1 显示了如何在典型的电池组中配置电池电子设备的示例。

图 1：电池组内的电池电子设备

电池电子设备的类型取决于电池组的类型。简单的电池组可能只需要一个简单的保护器，从基本的过压保护器到响应欠压、温度故障或电流故障的更高级的保护器。保护器还可以与监视器或电池电量计一起用作辅助设备。

2、电池监视保护方案选择

许多用于更高单元数电池的先进电池组需要电池监视器。电池监视器测量单个电池的电压、电池电流和温度，并将这些值报告给仪表或微控制器。系统使用此信息相应地调整性能；例如，如果温度太高，可以降低工作电流。电池监视器可以提供电池平衡功能以延长电池运行时间以及电池寿命。监视器还可以包括集成电路 (IC) 中可用的保护，但具有更高的可配置性。

仪表 IC 将电池监视器的功能与控制器集成在一起，以提供先进的计量算法。仪表 IC 报告剩余电池容量、运行时间和充电状态。基于软件的算法可以进一步增强保护。仪表通常包括其他有用的功能，例如帮助诊断现场发生故障的电池组的黑匣子功能、最小和最大参数条件的寿命数据记录、动态充电器控制或安全电池的验证。

下面的图 2 概述了不同类型电池电子设备之间的一些主要功能差异。

图 2：保护器、监视器和仪表之间的功能差异

在为我们的系统选择最佳电池电子设备时，哪些功能最重要？

在评估每个电池电子选项的优缺点时，重要的是要考虑每个选项的以下特征：

· 保护器件要使用简单的封装，降低了设计的复杂性。

· 监视器件提供最高设计的灵活性。我们可以针对我们的系统，为所需求功能，灵活的编辑代码，当这些需求是比较特殊的时候，这通常很重要。

· 仪表 IC 提供最高级别的集成度。它们提供高精度的充电状态信息和更快的开发时间。

图 3 显示了使用 BQ769x0 电池监视器的示例解决方案。该系列包括用于 5 节 (BQ76920)、10 节 (BQ76930) 和 15 节 (BQ76940) 电池的器件。我们可以对系列中的任何设备使用相同的控制器软件，从而使系统能够灵活地串联 3 至 15 个电池。

监视器通过检测电阻器连续测量电池电压、温度和电流，并将此信息报告给微控制器。它提供多种可配置的硬件保护，并将根据需要打开充电和放电场效应晶体管 (FET) 以响应故障条件。微控制器可以根据监视器提供的信息做出决定——它还可以启用/禁用 FET；控制电池平衡功能；甚至根据电压进行一些基本的气体测量，

图 3：采用带有微控制器的 BQ769x0 的示例电池监控器解决方案

图 4 是一个稍微先进的电池组示例。在这里，我们可以看到与 BQ78350-R1 配套控制器配合使用的相同监视器系列。BQ78350-R1 配备了专为直接与 BQ7620、BQ76930 或 BQ76940 数字显示器配合使用而设计的固件，有助于加速产品开发。BQ78350-R1 还执行电量监测和健康状态报告，并包括许多其他通常包含在 TI 电量监测计中的功能，例如寿命数据记录和黑匣子记录。

图 4：具有 BQ769x0、BQ78350-R1 控制器和电量计、BQ76200 高侧 FET 驱动器和 BQ7718 二级保护器的高级电池组

许多系统需要冗余的二级过压保护器。此示例采用 BQ7718 可堆叠过压保护器，如果主保护器出现故障，它可以直接断开保险丝。

某些系统可能需要使用高边 FET。高边 FET 可实现与电池组的持续通信，无论它们是打开还是关闭。这意味着系统可以在出现安全故障的情况下读取关键的包装参数，并在允许操作恢复之前访问包装条件。BQ76200 高侧 N 沟道 FET 驱动器可与需要高侧 FET 的系统中的 BQ76920、BQ76930 和 BQ76940 监视器完美配合。

为安全和电池性能设计锂离子电池系统时，需要考虑许多因素。根据系统需要，可以选择合适的保护器、电池监视器。