電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）電池管理IC一直是非?；馃岬囊活惍a(chǎn)品，應(yīng)用合適的電池管理IC可以提高電池供電效率，延長(zhǎng)使用壽命，讓系統(tǒng)更加可靠。不同類別的電池管理IC應(yīng)用大不相同，從電池認(rèn)證IC到充電器IC，從電量監(jiān)測(cè)到平衡器，還有我們今天關(guān)注的——電池保護(hù)器。

我們知道，包含鋰基（鋰離子和鋰聚合物）化學(xué)電池的電池組具有高能量密度和較長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間，但相比其他一些技術(shù)鋰電池不具有記憶效應(yīng)。這些特性使得鋰離子電池非常適合便攜式電子系統(tǒng)，但鋰離子電池需要在額定限值內(nèi)工作，注重性能和安全性。因此單芯和多芯電池中各種故障情況（包括過(guò)壓OV、欠壓、放電過(guò)流OCD和過(guò)熱OT）的檢測(cè)是至關(guān)重要的。電池保護(hù)器的應(yīng)用就是為了避免此類故障情況的發(fā)生，增強(qiáng)電池組的安全性。

電池保護(hù)器、電池監(jiān)控器、電量監(jiān)測(cè)計(jì)如何選擇？

電池保護(hù)器、電池監(jiān)控器以及電量監(jiān)測(cè)計(jì)在應(yīng)用上有一些相似的地方，這些電池管理IC會(huì)在某一監(jiān)測(cè)值或者某幾個(gè)監(jiān)測(cè)值（電壓、電流、溫度）超出限值時(shí)向系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)或者直接進(jìn)行響應(yīng)。此類響應(yīng)可能是向系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，或是與系統(tǒng)進(jìn)行通信，抑或是進(jìn)行一次開(kāi)關(guān)以防止充電或放電，在某些特殊情況下，這個(gè)響應(yīng)甚至可以是直接斷開(kāi)保險(xiǎn)絲。

那么該如何選擇才是最合適的呢？這需要根據(jù)電池組類型來(lái)確定。對(duì)于簡(jiǎn)單電池組，一個(gè)簡(jiǎn)單保護(hù)器即可滿足所有保護(hù)需求，從集成級(jí)別來(lái)說(shuō)，保護(hù)器是最簡(jiǎn)單基于硬件的保護(hù)。這個(gè)電池保護(hù)器可以是基本過(guò)壓保護(hù)器，也可以是能夠?qū)η穳?、溫度故障或電流故障進(jìn)行響應(yīng)的高級(jí)保護(hù)器。

電池監(jiān)控器則在更高節(jié)數(shù)的電池中所使用。電池監(jiān)控器測(cè)量單節(jié)電池的電壓、電池電流和溫度，并將這些數(shù)值報(bào)告給控制器。電池監(jiān)控器還可提供電池平衡功能，用以延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間并且延長(zhǎng)電池壽命。一般電池監(jiān)控器還包含可配置性較高的IC保護(hù)功能。

對(duì)于更高級(jí)的電池組，則可以使用電量監(jiān)測(cè)計(jì)，從集成角度來(lái)說(shuō)，這是集成度最高的一類IC。電量監(jiān)測(cè)計(jì)包含了電池監(jiān)控器的功能，并在其基礎(chǔ)之上集成了高級(jí)監(jiān)測(cè)算法。電量計(jì)IC可以報(bào)告電池的剩余電量、運(yùn)行時(shí)間和充電狀態(tài)，并且基于軟件的保護(hù)進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)電池的防護(hù)。

如果說(shuō)電池監(jiān)控器是大大增加了電池組設(shè)計(jì)的靈活性，電量監(jiān)測(cè)計(jì)則是使電池組設(shè)計(jì)的集成程度達(dá)到了最高，而電池保護(hù)器，作為最簡(jiǎn)單的基于硬件的保護(hù)讓電池組設(shè)計(jì)的復(fù)雜性降至最低。

不同保護(hù)類型的電池保護(hù)器，均衡功能引入

根據(jù)電池保護(hù)器不同的保護(hù)類型，按照不同的保護(hù)等級(jí)現(xiàn)在有過(guò)壓保護(hù)，過(guò)壓加放電過(guò)流保護(hù)，以及過(guò)壓加放電過(guò)流加過(guò)熱保護(hù)。不過(guò)一般來(lái)說(shuō)，電池組要么需要保護(hù)IC只提供最基礎(chǔ)的過(guò)壓保護(hù)，要么提供全集成的各種保護(hù)功能。

一些簡(jiǎn)單的電池組可能只需要基本的過(guò)壓保護(hù)（OVP），電池保護(hù)器件在高放電/充電電流運(yùn)行或電池過(guò)度充電情況下提供一個(gè)針對(duì)過(guò)流保護(hù)的精確監(jiān)控和觸發(fā)閾值。一般這類只做過(guò)壓保護(hù)的IC都會(huì)監(jiān)控外部功率FET，以便在高充電或放電電流時(shí)提供保護(hù)。有些過(guò)壓保護(hù)IC會(huì)集成電荷泵FET驅(qū)動(dòng)器，為單節(jié)鋰電池提供高側(cè)初級(jí)電池保護(hù)，實(shí)現(xiàn)所有電池電壓的R_dson的一致性。就過(guò)壓保護(hù)來(lái)說(shuō)目前這些最基本的電池保護(hù)IC行業(yè)領(lǐng)先的精度在±10mV左右，欠壓保護(hù)精度在±20mV左右。

實(shí)現(xiàn)一整套的電壓、電流和溫度保護(hù)功能的電池保護(hù)IC現(xiàn)在更多見(jiàn)，可獨(dú)立監(jiān)控每節(jié)電池是否具有過(guò)壓、欠壓和開(kāi)路情況。過(guò)熱檢測(cè)大部分的做法都是通過(guò)增加外部NTC或PTC熱敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。

有的電池保護(hù)器還通過(guò)集成式FET實(shí)現(xiàn)了無(wú)需MCU控制的智能電池平衡算法。均衡功能的加入，能夠在充電時(shí)，自動(dòng)為高壓滿電的電池放電，保持串聯(lián)中電壓低的電池充電，從而使電池組達(dá)到平衡，在多節(jié)電池中，電池平衡功能是非常重要的。

初級(jí)與次級(jí)保護(hù)

在一些高芯數(shù)的電池組中，過(guò)壓保護(hù)放電過(guò)流保護(hù)過(guò)熱保護(hù)不足以滿足電池組需求，這個(gè)時(shí)候就需要上面提到的具有電池自主平衡功能的電池保護(hù)IC，這類保護(hù)IC通常作為初級(jí)保護(hù)器，這類器件控制充電和放電FET以響應(yīng)不同類型的保護(hù)故障。

而在檢測(cè)到過(guò)電壓情況時(shí)將保險(xiǎn)絲將熔斷以防止電池組過(guò)充電的保護(hù)器屬于次級(jí)保護(hù)，這是比FET安全系數(shù)更高的響應(yīng)。一般需要次級(jí)保護(hù)時(shí)，電池系統(tǒng)需要配置電池監(jiān)視器或電量監(jiān)測(cè)計(jì)，因?yàn)橐獙㈦姵仉妷汉碗娏鱾鬏數(shù)組CU以進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)決策，電池監(jiān)視器一般選擇得更多。

次級(jí)保護(hù)器獨(dú)立監(jiān)控每節(jié)電池是否具有過(guò)壓狀態(tài)，根據(jù)配置如果多節(jié)電池中的任何一節(jié)存在過(guò)壓，次級(jí)保護(hù)器會(huì)在經(jīng)過(guò)固定的延遲后會(huì)觸發(fā)一個(gè)輸出，在過(guò)壓狀態(tài)滿足指定的延遲計(jì)時(shí)器條件后，該輸出觸發(fā)為高電平狀態(tài)將保險(xiǎn)絲將熔斷。

小結(jié)

鋰電池保護(hù)芯片把關(guān)電池組安全，起到防止電池過(guò)充，過(guò)放以及過(guò)流的功能。隨著多節(jié)鋰電池的應(yīng)用越來(lái)越多，大容量的電池組對(duì)保護(hù)IC的要求也越來(lái)越高，在保證電池組各項(xiàng)安全的前提下，電池保護(hù)IC還需要對(duì)電池進(jìn)行均衡，消除電池個(gè)體壓差提升電池組的使用性能。