如图 1 所示,两个保护芯片串联 在一起,由 2 个 N 沟道 MOSFET 做控制开关,可以保护 8 节锂离子电池,三个保 护芯片串联在一起,就保护了 12 节锂离子电池。这种多保护芯片的串联就是保护 芯片的“级联”。 S-8204B 为例, 以 两个 S-8204B 联合使用, 2 个 N 沟道 MOSFET 用 在低压侧端进行控制, 这样通过单颗 IC 可选 3 节和 4 节的功能就可以实现对 6~8 节串联锂离子电池的保护。 如果是 5 节锂离子电池串联, 则可以使用一个 S-8204B 与其他锂离子电池保护芯片串联,实现保护功能。这种多保护芯片的灵活组合,可 以完成对任意数目锂离子电池的保护。 图 1 多节锂离子电池的级联 下面, 详细介绍一下保护芯片级联的具体工作情况。 还是以 S-8204B 为例, CTLC 其 端子可由芯片外部控制 COP 端子的输出电压、而 CTLD 端子则可由芯片外部控制 DOP 端子的输出电压。通过 CTLC 端子以及 CTLD 端子可以分别单独控制 COP 端子与 DOP 端子的输出电压。并且,这些控制功能优先于芯片内部的电池充放电 保护功能。如果 8 节电池中的某一节电池发生过充,与该电池相连接的 S-8204B 的 COP 端子输出电压会发生变化,该电压变化会传递到与其相连接的另一个 S-8204B 的 CTLC 端子,使得另一个 S-8204B 的 COP 端子输出电压也发生变化, 从而控制充电控制用 MOSFET 关断,实现锂离子电池的过充电保护。 如果 8 节电池中的某一节电池发生过放电时,则由与该电池相连接的 S-8204B 的 DOP 端子向另一个 S-8204B 芯片的 CTLD 端子发出过放信号,改变其 DOP 端子 的状态,最终使得放电控制用 MOSFET 关断,结束放电。图 2 给出了采用两个 S-8204B 实现过充电保护的电路工作原理图(在 N 沟道 MOSFET 控制情况下) , 图 3 是过放电保护工作原理图。 图 2 锂离子电池过充电时的保护电路工作原理图 图 3 锂离子电池过放电时的保护电路工作原理图 充放电时的温度控制 另外,对充放电过程的温度控制也是许多设计者需要考虑的。在高温的时候对锂离 子电池充放电,会有爆炸的危险;在低温的时候充放电,会对电芯造成损害。在上 面的方案中,在 S-8204B 的 CTLC 端子外接一温度控制开关(如 S-5841) ,在锂 离子电池充电过程中温度过高时, 温控开关的控制信号通过 CTLC 端子送给 COP, 强行结束锂离子电池的充电过程。同样,在 CTLD 端子外接温度控制开关,则能对 放电过程进行温度保护。 市场上还有单芯片的多节锂电池充电保护解决方案,像 Intersil 公司的 ISL9208, 就可以实现对 7 节锂离子电池的充电保护。 对比多芯片串联的方案, 单芯片解决方 案的优点是电路简单、 比较容易实现较好的电气性能, 不过能监控的电池数量有限, 且价格较贵。采用多芯片的级联方式,如 S-8204 系列,则不存在这种数量上的限 制,其电路构成灵活成本也不高,但缺点是外围电路相对复杂,对外围元件的匹配 程度要求较高。 不过,随着技术的进步,相信这两种方案终会找到一个契合点。