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确保锂离子电池的安全性 掌握三大电池元件的功能差异是关键
 

【CTIMES / SMARTAUTO ABC_1 报导】    2020年06月03日 星期三

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锂离子电池优点包括能量密度高、生命周期长,但不会产生记忆效应,因此格外适合可携式电子系统,然锂离子电池在使用时,仍然得注意特定限制,以确保安全;若超过限制时,电子元件必须即时反应或传送讯号至系统。

不同电池电子元件类型的重要功能差异。
不同电池电子元件类型的重要功能差异。

电池电子元件监控各种状态变化,如电压、电流、温度等。这些元件必须感测前述状态的各式组合後,才能决定该如何因应。例如:传送讯号至系统、启动开关以避免充电或放电,或是熔断保险丝。

德州仪器应用工程师Matt Sunna表示,电池电子元件类型取决於电池组类型,简易型电池组可能只需简易保护器,包含基本过电压保护器(overvoltage protector)至进阶型保护器,其可因应欠电压(under-voltage)、温度故障或电流故障,亦可搭配监测器或电量计使用。

许多多节电池(higher-cell-count batteries)的进阶型电池组中,都需要电池监测器,可量测个别电池电压、电流和温度,并将数值传送至电量计或微控制器;系统再依此资讯调整性能,例如在温度过高时降低运作电流。电池监测器也能提供电池均衡功能,可延长电池运作时间和寿命;监测器亦包括IC内的保护功能,但配置弹性更高。

电量计IC整合电池监测器与控制器的功能,以提供进阶的电量计演算法,电量计IC可回报剩馀电量、运作时间、充电状态;以软体为基础的演算法,可进一步提升保护效果。电量计通常包括其他实用功能,如黑盒子功能可协助诊断现场故障的电池组,亦可记录电池寿命期间的状态高低变化、动态管控充电器,或认证安全电池。

电池电子元件的何种功能最重要?

德州仪器应用工程师Matt Sunna指出,衡量各种电池电子元件选项的优缺点时,必须考量三大特性:

.简易型电池组设计中,保护器的复杂度最低

.监测器具备最大的弹性,可依据系统需求编写程式,对独特需求格外重要

.电量计IC整合程度最高,可提供最准确的充电状态资讯,由於内含韧体,开发时间也最短,但可能限制弹性

Matt Sunna以使用BQ769x0电池监测器的解决方案为例,系列产品适用於五颗(BQ76920)、十颗(BQ76930)或十五颗(BQ76940)电池,且可使用相同的控制器软体,故系列可弹性串联三至十五颗电池。监测器透过感测电阻器,持续量测电池电压、温度和电流,再将资讯回报至微控制器;可提供多种可组成的硬体保护,依据故障情况,亦可视需求开启充电与放电场效电晶体。微控制器可依据监测器提供的资讯判断,例如开/关场效电晶体、控制电池均衡功能,甚至依照电压、电流和温度资讯,执行基本电量监测。

他再以一个更进阶的电池组作为范例,相同的监测器系列搭配BQ78350-R1控制器,BQ78350-R1内含韧体,可直接搭配BQ7620、BQ76930或BQ76940数位监测器,协助加速产品开发。BQ78350-R1亦具备电量测量和领先的状态通报功能。

许多系统需要次级保护器处理过电压,这项范例使用BQ7718可堆叠过电压保护器,若主要保护器失灵,可直接熔断保险丝。

Matt Sunna表示,有些系列可能需要使用高侧FET,无论启动与否,高侧FET均可持续与电池组通讯,故即使发生安全故障,系统仍可读取电池组重要资讯,并在运作重启之前掌握电池组状况。在需要高侧FET的系统中,BQ76200高侧N-channel FET驱动器可搭配BQ76920、BQ76930、BQ76940监测器。

使用锂离子电池设计系统时,为了安全及电池性能,必须考量诸多因素,可依据系统需求,选择适当的保护器、电池监测器和电池电量计。

關鍵字: 锂电池  TI 
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