筆記本電腦Li+電池保護(hù)及容量計(jì)量

筆記本電腦Li+電池保護(hù)及容量計(jì)量Maxim臺灣 張仁程

前言
Li+電池具有容量大、使用壽命長、輕薄等特性，非常適合筆記本電腦等便攜式產(chǎn)品，然而Li+電池在安全性設(shè)計(jì)中需嚴(yán)格避免出現(xiàn)過充電、過放電、短路等異?，F(xiàn)象，另外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)還往往需要電量指示，故在Li+電池模塊內(nèi)需要有電量計(jì)及保護(hù)IC。容量計(jì)量時(shí)如何得到最準(zhǔn)確的容量預(yù)測，對于筆記本電腦的電池管理非常關(guān)鍵。在保護(hù)機(jī)制上，需要防止因第一級保護(hù)IC故障或MOSFET短路而造成的過壓故障，所以，第二級保護(hù)IC在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中是不可或缺的最后防線。本文提供了一個(gè)由MAX1780和MAX1906構(gòu)成的、完備的Li+電池組保護(hù)方案。

電池保護(hù)電路結(jié)構(gòu)
電池保護(hù)電路包括電量計(jì)、第一級保護(hù)IC（防止電池過充、過放、短路）、第二級保護(hù)IC（防止第二次過壓）、保險(xiǎn)絲、LED指示、溫度調(diào)節(jié)等部件（圖1），圖中，MAX1780實(shí)現(xiàn)電量計(jì)量和第一級保護(hù)，MAX1906為第二級電池保護(hù)IC。

MAX1780對電量計(jì)容量的補(bǔ)償
MAX1780采用各種查找表和緩存器為電池容量補(bǔ)償提供了非常完整的方案，其中包括：
1、放電效率補(bǔ)償

MAX1780會在電池放電時(shí)根據(jù)實(shí)際溫度、放電電流對放電效率進(jìn)行容量補(bǔ)償。舉例來說，根據(jù)電池在不同放電電流、溫度下的放電曲線，以一個(gè)4000mAh的電池來說，在20℃、0.2C（放電電流800mAh）所能提供的容量最高，如果放電容量達(dá)到4000mAh，則此時(shí)放電效率為100﹪；若在0℃、0.2C下放電，可能提供的放電電量為3600mAh，則放電效率為3600/4000＝90﹪。所以，如果按照0.2C的速率放電一小時(shí)，溫度為20℃時(shí)剩余容量為4000－800＝3200mAh，溫度為0℃時(shí)，則正確容量為4000－（800 0.9）＝3112mAh。由此可見，電量計(jì)需要根據(jù)放電效率調(diào)整剩余容量，確保電量計(jì)量的準(zhǔn)確性。
2、標(biāo)定電壓單元
將某一固定的剩余容量值在不同放電電流、溫度下對應(yīng)的電池電壓作為標(biāo)定電壓。當(dāng)電池電壓達(dá)到標(biāo)定電壓時(shí)，則將電量計(jì)的剩余容量修正為標(biāo)定電壓對應(yīng)的容量，若剩余容量已達(dá)到標(biāo)定電壓對應(yīng)的容量、但電池電壓仍高于標(biāo)定電壓，則保持剩余容量不變、直到電池電壓達(dá)到標(biāo)定電壓后更新電厝萘?。标定悼妷蜥因?緋氐氖褂檬奔潿?⑸?浠??殘枰??惺實(shí)鋇牡緋乩匣?拚??br>
3、自放電補(bǔ)償
電池的自放電會影響容量，且自放電率與溫度、使用時(shí)間、電池容量有關(guān)，MAX1780同樣利用查找表獲得精準(zhǔn)的自放電補(bǔ)償。

電池匹配問題
隨著電池工作時(shí)間的延長，每節(jié)電池的內(nèi)部阻抗會產(chǎn)生較大的偏差，電池容量也會發(fā)生一定的變化。這樣，充電時(shí)可能造成某節(jié)電池電壓過高而其余電池尚未充滿的現(xiàn)象。當(dāng)然，也可能在放電時(shí)某節(jié)電池電壓偏低，導(dǎo)致低電壓保護(hù)提前動作，影響其他電池的使用壽命。所以，電池保護(hù)電路常常還考慮電池匹配性的檢測，MAX1780利用四個(gè)GPIO、配合適當(dāng)?shù)能浖刂?，能夠判斷電池的匹配性。充電時(shí)，如果檢測到某節(jié)電池異常，相應(yīng)的GPIO可控制外部P溝道MOSFET導(dǎo)通，對該節(jié)電池的充電電流做適當(dāng)分流，如圖2所示，分流電流由限流電阻R決定，從而避免由于電池的不匹配而造成其它電池容量受損。

利用MAX1906提高系統(tǒng)的安全性
MAX1906通過控制一個(gè)三端保險(xiǎn)絲為Li+電池組提供保護(hù)，該款I(lǐng)C通常配合其它保護(hù)電路為系統(tǒng)提供高級防護(hù)措施。MAX1906分別監(jiān)視每節(jié)電池的電壓，當(dāng)任何一節(jié)電池電壓超出門限值的時(shí)間大于2.1s時(shí)，保險(xiǎn)絲驅(qū)動電路將吸收足夠的電流、熔斷外部保險(xiǎn)絲，永久性地切斷電池組與系統(tǒng)的連接。另外，MAX1906還可檢測每節(jié)電池是否連接正常，內(nèi)部測試電路用于檢測電路工作是否正常。

結(jié)論
隨著Li+應(yīng)用范圍越來越廣，對Li+電池保護(hù)電路的要求也變得多樣化、復(fù)雜化。MAX1780具有完善的電池容量計(jì)量補(bǔ)償，靈活的軟件設(shè)計(jì)可構(gòu)成各種應(yīng)用電路，配合MAX1906可實(shí)現(xiàn)兩級防護(hù)，為筆記本電腦等要求高可靠性的設(shè)備提供良好的電池保護(hù)解決方案。AD574在工頻弱磁測量儀中的應(yīng)用

  來源:零八我的愛