2节锂离子电池保护方案详解

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描述

表锂离子充电电池组是遥控汽车、智能机器人、无人机、吸尘机等的核心动力,电池保护是系统安全运行关键。本方案使用外接电流检测电阻实现高精度过电流保护,可用于锂离子可充电电池组、锂聚合物可充电电池组。


方案特点


本方案基于S-82A2A基于电池保护芯片,可为2节锂离子电池串联应用提供高精度过流保护。即使充放电电流值较大,也能实现高精度的过电流检测和过热保护,有助于提升智能手机和其他快速充电产品的便利性,同时实现更高的产品安全性。主要特点包括:
(1)通过使用外接电流检测电阻,实现了受电池电压和温度变化影响较小的高精度过流保护。
(2)充放电过电流检测电压精度达±1.0mV,在降低电流检测电阻的同时减少了过电流检测的变化范围。
(3)充放电控制功能支持通过外部信号停止电池组的充放电操作,并且可以通过连接至PTC热敏电阻提供过热保护功能。
(4)省电功能启动后可停止电池放电,同时将保护IC的电流消耗降至最多50nA,使电池工作时所消耗的电流降至几乎为零。

 

锂离子电池2节锂离子电池保护方案额定值


本方案通过监视连接在VDD端子-VC端子间、VC端子-VSS端子间的电池电压以及VINI端子- VSS端子间电压,来控制充电和放电。

电池电压在过放电检测电压(VDL)以上、过充电检测电压(VCU)以下的范围、VINI端子电压在充电过电流检测电压(VCIOV)以上、放电过电流1检测电压(VDIOV1)以下的范围时,充电控制用FET和放电控制用FET都为ON。这种状态称为通常状态,可自由的进行充放电。

当常态下的电池电压在充电过程中超过VCU,且这种状态保持在过充电检测延迟时间(tCU)以上的情况下,充电控制用FET为OFF,会停止充电,这种状态称为过充电状态。过充电状态的解除,分为如下的2种情况:
(1)如果VM端子电压在低于0.35V(典型值)的情况下,当电池电压降低到过充电解除电压(VCL)以下时,即可解除过充电状态。
(2)如果VM端子电压在0.35V(典型值)以上的情况下,当电池电压降低到VCU以下时,即可解除过充电状态。

 

锂离子电池2节锂离子电池保护方案原理图


当常态下的电池电压在充电过程中超过VCU,且这种状态保持在tCU以上的情况下,充电控制用FET为OFF,会停止充电,这种状态称为过充电状态。当VM端子电压在0.35V(典型值)以上,并且电池电压降低到VCU以下时,即可解除过充电状态。

当常态下的电池电压在放电过程中降低到VDL以下,且这种状态保持在过放电检测延迟时间(tDL)以上的情况下,放电控制用FET为OFF,会停止放电。这种状态称为过放电状态,此时没有连接RVMS。

在过放电状态下,由于本IC内部的VDD端子-VM端子间可通过RVMD来进行短路,因此VM端子会因RVMD而被上拉。在过放电状态下如果连接充电器,当VM端子电压降低到0V(典型值)以下时,电池电压在VDL以上,解除过放电状态。VM端子电压不低于0V(典型值)时,电池电压在过放电解除电压(VDU)以上,解除过放电状态。

方案还设定有充电过电流状态、充放电禁止状态、节电状态、允许向0V电池充电、禁止向0V电池充电等状态,各种检测延迟时间是将约4kHz的时钟进行计数之后而分频计算出来的。

芯齐齐BOM分析

除了S-82A2A电池保护芯片,方案还采用了2个N沟道MOSFET,两个旁路电容和5个电阻器,BOM元器件总数10个。

其中,S-82A2A IC采用SNT-8A封装,内置高精度电压检测电路和延迟电路,是用于锂离子 / 锂聚合物可充电电池的保护IC,最适合于对2节串联锂离子 / 锂聚合物可充电电池组的过充电、过放电和过电流的保护。

 

锂离子电池方案BOM表之外接元器件及要求


本方案中的两个FET由用户根据终端应用确定,其阈值电压应低于实测的过放电检测电压。否则,有可能导致在过放电检测之前出现停止放电的情况。

BOM表中的过充电检测电压精度由R1 = 100Ω保证,R1应该在100-150Ω之间,连接其他数值的电阻会降低检测精度。电容器C1、C2选择X7R 二类陶瓷电容器或MLCC,PCB布线时应靠近保护IC。

  审核编辑:汤梓红

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