电动自行车锂电池组保护电路设计

    (3)充、放电电量平衡
    由于锂电池在生产过程存在着个体差异，无法确保其内阻、容量等参数的一致，因此在充放电过程中各锂电池的充放电速率、电压也就无法保证完全相同。电压的不平衡常导致部分电池充电无法充满，放电无法放尽，严重影响锂电池的使用寿命。
    S-8209A具有充电、放电电量均衡功能。如图5所示，以第3级电池为例，当该级电压优先高于VBU时，S3的CB引脚将驱动外部MOSFET(Q3)接通一个100 Ω电阻，该电阻对流入第3级电池的充电电流进行旁路，以降低其充电速率，从而保证各级电池电压处于较精准的均衡状态。当任何一级电压高于VBU时，该级保护IC都将进入充电电量均衡状态，直至电压低于VBL才退出。
    在级联控制方式下，后级电池的过放电状态将通过DO引脚反映至前级，当第3级电池电压低于VDL时，S3将进入过放电状态，S2，S1在CTLD引脚的控制下也将进入过放电状态。如果此时1，2级电池的电压都高于VDL，则S2，S1将分别驱动Q1，Q2导通，两级电池各通过100 Ω电阻放电，实现放电电量平衡功能，直至电压低于VDL为止。
    保护IC级联控制方式可以使后级的过放电状态反映至前级，进而实现前级的放电电量平衡功能，然而前级的过放电状态却无法反映至后级。为使前级过放电状态能反映至后级，设计了过放电状态通信电路，如图6所示。

    正常状态下Q11，Q12导通，S10的CTLD引脚被拉低，S10不受级联控制影响，当任何一级电池过充电时，图4中的放电MOSFET组将被关断，此时如果电池组仍接负载，EB-电位与Batl+相同，Q11，Q12关断，CTLD被内部电阻上拉，S10也进入过放电状态，级联控制方式将使所有保护IC均进入过放电状态，因此电压高于于VDL的电池组都将实现放电电量平衡，直至接入充电器或电压低于VDL。
    (6)短路保护
    负载短路保护采用了15 A规格的铅类保险丝FUSE，位置如图4所示，断开时将切断放电回路。采用铅类保险丝一方面是由于负载工作电流较大，电路板要求尺寸较小，无法采用专用熔断器；另一方面是因为直流电机在启动瞬间瞬时电流可达额定电流的10～20倍，铅类保险丝可以躲过瞬时的大电流。
    (7)延时保护
    为使电压的检测、解除更为可靠、稳定，保护IC提供了延时保护功能。在最前级芯片S10的CDT引脚处接入电容C11(0．01μF)，可产生tDET=10．0×0．01=0．1 s的检测延时，当任何保护达到检测电压时，均需延迟tDET后方可动作；此外，还有解除延时时间tREL，tREL=tDET ／10=0．01 s，当任何保护达到解除电压时，也需延迟tREL才能动作。

4 PCB设计
    电路板被划分成两块：控制电路板(保护板1)和驱动电路板(保护板2)。检测电路被布置于保护板1中，由10片S-8209A及其外围电路组成，电流小，功耗低，抗干扰能力要求较高；电流回路驱动被布置于保护板2中，由充、放电MOSFET组及保险丝组成，要求能够通断大电流，功耗大，开关器件产生的干扰也较大。通过对两大功能进行分离、合理布线、覆铜，最终成品如图7和图8所示。

5 结语
    该保护电路板已被搭载在锂电池组上，并作为一个整体应用于电动自行车中。电动车能够正常骑行，过放电能正常截止，充电满额能正常停止，且能够保证各电池电量的基本均衡。该电路不仅适用于电动自行车锂电池组的保护，通过对充放电MOSFET的更改，或对保护级数的增减，还可应用于其他不同负载或不同级联结构锂电池组的保护，它属于锂电池组保护电路的一个典型应用。对于一些对过流有严格要求的电路，未来还可考虑加入过流保护电路，以截断过流放电回路，并在电流恢复后还能正常工作。