隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和對環(huán)保要求的提高，鋰電池正在逐漸成為充電電池的主流，尤其在移動(dòng)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，鋰電池依靠較高的能量密度，已經(jīng)幾乎占領(lǐng)了所有的市場(chǎng)。但是在一些對動(dòng)力要求比較高的應用領(lǐng)域，鋰電池由于在成本和放電率指標方面不占優(yōu)勢，所占份額仍然不高。比如在電動(dòng)自行車(chē)領(lǐng)域，鉛酸電池仍舊占據較高份額，在中國市場(chǎng)使用鋰電池的只有大概1%的市場(chǎng)份額，而在歐美發(fā)達國家則占據大概50%。這么低的市場(chǎng)占有率，主要原因當然是價(jià)格，但是鋰電池本身的使用壽命和安全性也是一大短板，這些問(wèn)題不能良好地解決，會(huì )極大影響鋰電池的市場(chǎng)占有率。
而要解決鋰電池的壽命和安全性就需要專(zhuān)門(mén)的監控和保護電路，這是鋰電池相比其他電池的一個(gè)特點(diǎn)，它必須帶有保護電路，否則就會(huì )因為發(fā)熱而爆炸，以前有過(guò)山寨手機使用不帶保護電路的鋰電池，結果電池爆炸造成傷害事故的報道。由此可以看出保護電路的重要性，而以前很多保護電路是用分立元器件搭出來(lái)，在成本和可靠性方面都不具有優(yōu)勢，針對這一市場(chǎng)狀況，德州儀器推出了業(yè)界首款面向電源工具與電動(dòng)自行車(chē)的單芯片電池管理器件bq77910。
為何是面向電源工具和電動(dòng)自行車(chē)的應用，這要從支持的電池組串數說(shuō)起。因為該器件的支持范圍是4到10串，通過(guò)級聯(lián)方式可以支持最高20串的電池，鋰電池的串數決定了它的輸出電壓，10串就是輸出34V電壓，在這個(gè)范圍內，電池的應用范圍就是電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)踏板車(chē)、便攜式園藝工具、電源工具以及不間斷電源(UPS)等對電壓電流要求有一定要求，但是要求不是非常高的領(lǐng)域。如果要進(jìn)入電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域，那么這個(gè)串數就可以到100多串，這就不是該器件所能覆蓋的領(lǐng)域了。
電池保護電路的主要作用是在各種條件下保持電池組的安全工作、盡量延長(cháng)保持電池的使用壽命、在不超出安全閾值的情況下確保電池組的完全充電和利用。bq77910就是一種集成型電池管理解決方案，提供所有必要的電池組保護功能和集成型電量平衡功能，包括：
電池單元過(guò)壓、電池單元欠壓、充電短路、放電短路過(guò)流、電池組溫度、開(kāi)路短路熱敏電阻檢測和開(kāi)路電池單元檢測、掉電保護，防止功率 FET 過(guò)熱等功能。它的最大特色就是以獨立器件方式運行，無(wú)需外部微處理器，內部集成邏輯控制部分，這樣就使整體方案的低成本成為可能。
在該器件所針對的高功率電池組本身在應用中就要經(jīng)受極大的挑戰，比如極高的電流，而且要求放電電流大，充電電流小，負載本身與電池也要分離。還需要獨立的充放電路徑，這樣可以根據所需大小選擇適當的保護路徑元件(MOSFET)，從而減少成本。而在某些應用領(lǐng)域，比如電動(dòng)車(chē)和UPS中，還需要快速的充放電轉換。這些都對電池組的設計以及保護電路帶來(lái)了極大的技術(shù)挑戰。
bq77910為了滿(mǎn)足大功率應用需求，所以針對以上的要求都做了精心的設計。比如，通過(guò)配置，可支持具有4至10串電池單元的電池組工作，在10節配置下，最高輸入電壓為50V。它可預設安全閾值和時(shí)間延遲(在非易失性存儲器中編程)，以便與各種類(lèi)型的鋰離子電池系統匹配，可以支持LiCoO2、LiFePO4以及LiMn2O4等鋰電池類(lèi)型。該器件可在電池組制造時(shí)編程，以后無(wú)需外部微控制器便可作為獨立保護器工作。它可以直接驅動(dòng)低側NMOS功率FET，NMOS功率控制成本較低，而效率更高，特別是用于高壓大電流應用。它的FET配置很靈活，可根據需要選擇不同大小的功率FET(為充電和放電電流提供串行或分離式路徑)，可以為客戶(hù)帶來(lái)成本優(yōu)勢。
而一般同類(lèi)的競爭器件都不集成保護性FET驅動(dòng)電路、電流感測、溫度傳感，這就需要另外使用分立元器件來(lái)完成這些功能。bq77910的單芯片解決方案只需要外部功率FET和無(wú)源組件，內部集成電流感測與溫度傳感功能并且采用內部FET實(shí)現電量平衡。無(wú)需外部平衡FET，在必要時(shí)，也可采用外部FET實(shí)現更高電流的電量平衡。而大多數其它器件的電量平衡功能需要外部FET和外部微處理器來(lái)實(shí)現電量平衡管理。電量平衡功能為何那么重要呢？電池組內部不匹配的電池單元不能通過(guò)外部接觸檢測出來(lái)，而電池組內部單元不匹配就會(huì )造成電池壽命的極大降低，而且電量不平衡會(huì )隨時(shí)間推移而逐漸加重，因為其中一個(gè)單元失效就會(huì )造成整個(gè)電池組的失效。而采用大量電池單元的電池系統由于溫度漸變和電池單元在高放電速率下的自身發(fā)熱，更容易出現不平衡狀況。所以這個(gè)電量平衡功能對所有的電池組都非常重要。
鋰電池由于近年來(lái)放電速率的提高，已經(jīng)占領(lǐng)越來(lái)越多的市場(chǎng)份額，而錳酸鋰以及磷酸鐵鋰電池的在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的應用已經(jīng)開(kāi)始商業(yè)化的進(jìn)程，比亞迪就在自己的電動(dòng)車(chē)使用了后者，顯然鋰電池已經(jīng)是整個(gè)動(dòng)力電池市場(chǎng)的大勢所趨，而鋰電池所必需的保護控制芯片則是一個(gè)潛力巨大的市場(chǎng)，相信會(huì )有更多的廠(chǎng)商進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，帶來(lái)更加成熟的產(chǎn)品。 |
