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大功率锂电池保护技术的突破 厂商争先进入

—— 锂电池本身的使用寿命和安全性也是一大短板

导读: 随着技术的进步和对环保要求的提高,锂电池正在逐渐成为充电电池的主流,尤其在移动电子产品领域,锂电池依靠较高的能量密度,已经几乎占领了所有的市场。但是在一些对动力要求比较高的应用领域,锂电池由于在成本和放电率指标方面不占优势..

  随着技术的进步和对环保要求的提高,锂电池正在逐渐成为充电电池的主流,尤其在移动电子产品领域,锂电池依靠较高的能量密度,已经几乎占领了所有的市场。但是在一些对动力要求比较高的应用领域,锂电池由于在成本和放电率指标方面不占优势,所占份额仍然不高。比如在电动自行车领域,铅酸电池仍旧占据较高份额,在中国市场使用锂电池的只有大概1%的市场份额,而在欧美发达国家则占据大概50%。这么低的市场占有率,主要原因当然是价格,但是锂电池本身的使用寿命和安全性也是一大短板,这些问题不能良好地解决,会极大影响锂电池的市场占有率。

  而要解决锂电池的寿命和安全性就需要专门的监控和保护电路,这是锂电池相比其他电池的一个特点,它必须带有保护电路,否则就会因为发热而爆炸,以前有过山寨手机使用不带保护电路的锂电池,结果电池爆炸造成伤害事故的报道。由此可以看出保护电路的重要性,而以前很多保护电路是用分立元器件搭出来,在成本和可靠性方面都不具有优势,针对这一市场状况,德州仪器推出了业界首款面向电源工具与电动自行车的单芯片电池管理器件bq77910。

  为何是面向电源工具和电动自行车的应用,这要从支持的电池组串数说起。因为该器件的支持范围是4到10串,通过级联方式可以支持最高20串的电池,锂电池的串数决定了它的输出电压,10串就是输出34V电压,在这个范围内,电池的应用范围就是电动自行车、电动踏板车、便携式园艺工具、电源工具以及不间断电源 (UPS) 等,对电压电流要求有一定要求,但是要求不是非常高的领域。如果要进入电动车领域,那么这个串数就可以到100多串,这就不是该器件所能覆盖的领域了。

  电池保护电路的主要作用是在各种条件下保持电池组的安全工作、尽量延长保持电池的使用寿命、在不超出安全阈值的情况下确保电池组的完全充电和利用。bq77910就是一种集成型电池管理解决方案,提供所有必要的电池组保护功能和集成型电量平衡功能,包括:电池单元过压、电池单元欠压、充电短路、放电短路过流、电池组温度、开路短路热敏电阻检测和开路电池单元检测、掉电保护,防止功率 FET 过热等功能。它的最大特色就是以独立器件方式运行,无需外部微处理器,内部集成逻辑控制部分,这样就使整体方案的低成本成为可能。

  在该器件所针对的高功率电池组本身在应用中就要经受极大的挑战,比如极高的电流,而且要求放电电流大,充电电流小,负载本身与电池也要分离。还需要独立的充放电路径,这样可以根据所需大小选择适当的保护路径元件(MOSFET),从而减少成本。而在某些应用领域,比如电动车和UPS中,还需要快速的充放电转换。这些都对电池组的设计以及保护电路带来了极大的技术挑战。

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