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笔记本电脑Li+电池保护及容量计量

来源:中电网 / 作者:Maxim台湾 张仁程?? 2006年05月27日 ?? 收藏0

?????? 前言

?????? Li+电池具有容量大、使用寿命长、轻薄等特性,非常适合笔记本电脑等便携式产品,然而Li+电池在安全性设计中需严格避免出现过充电、过放电、短路等异常现象,另外,系统设计还往往需要电量指示,故在Li+电池模块内需要有电量计及保护IC。容量计量时如何得到最准确的容量预测,对于笔记本电脑的电池管理非常关键。在保护机制上,需要防止因第一级保护IC故障或MOSFET短路而造成的过压故障,所以,第二级保护IC在新产品的设计中是不可或缺的最后防线。本文提供了一个由MAX1780和MAX1906构成的、完备的Li+电池组保护方案。

?????? 电池保护电路结构

?????? 电池保护电路包括电量计、第一级保护IC(防止电池过充、过放、短路)、第二级保护IC(防止第二次过压)、保险丝、LED指示、温度调节等部件(图1),图中,MAX1780实现电量计量和第一级保护,MAX1906为第二级电池保护IC。

?????? MAX1780对电量计容量的补偿

?????? MAX1780采用各种查找表和缓存器为电池容量补偿提供了非常完整的方案,其中包括:

?????? 1、放电效率补偿

电池保护模块内部架构

?????? MAX1780会在电池放电时根据实际温度、放电电流对放电效率进行容量补偿。举例来说,根据电池在不同放电电流、温度下的放电曲线,以一个4000mAh的电池来说,在20℃、0.2C(放电电流800mAh)所能提供的容量最高,如果放电容量达到4000mAh,则此时放电效率为100﹪;若在0℃、0.2C下放电,可能提供的放电电量为3600mAh,则放电效率为3600/4000=90﹪。所以,如果按照0.2C的速率放电一小时,温度为20℃时剩余容量为4000-800=3200mAh,温度为0℃时,则正确容量为4000-(800 0.9)=3112mAh。由此可见,电量计需要根据放电效率调整剩余容量,确保电量计量的准确性。



?????? 2、标定电压单元

?????? 将某一固定的剩余容量值在不同放电电流、温度下对应的电池电压作为标定电压。当电池电压达到标定电压时,则将电量计的剩余容量修正为标定电压对应的容量,若剩余容量已达到标定电压对应的容量、但电池电压仍高于标定电压,则保持剩余容量不变、直到电池电压达到标定电压后更新电压。

?????? 3、自放电补偿

?????? 电池的自放电会影响容量,且自放电率与温度、使用时间、电池容量有关,MAX1780同样利用查找表获得精准的自放电补偿。

?????? 电池匹配问题

?????? 随着电池工作时间的延长,每节电池的内部阻抗会产生较大的偏差,电池容量也会发生一定的变化。这样,充电时可能造成某节电池电压过高而其余电池尚未充满的现象。当然,也可能在放电时某节电池电压偏低,导致低电压保护提前动作,影响其他电池的使用寿命。所以,电池保护电路常常还考虑电池匹配性的检测,MAX1780利用四个GPIO、配合适当的软件控制,能够判断电池的匹配性。充电时,如果检测到某节电池异常,相应的GPIO可控制外部P沟道MOSFET导通,对该节电池的充电电流做适当分流,如图2所示,分流电流由限流电阻R决定,从而避免由于电池的不匹配而造成其它电池容量受损。

Li
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