新技术提升高压锂电池组的安全性并降低成本 - 电源技术 -

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锂离子电池是一种高效的绿色能源。我们这里不去列举锂电的优点，仅讨论锂电应用的一个挑战：安全性。不论是前些年的笔记本电脑自燃事件还是近来的手机爆炸事件，锂电都是罪魁祸首。如果说笔记本电脑和手机的电池尺寸较小、造成的危害有限的话，那么将来当锂电应用于电动汽车的时候，它一旦爆炸则后果可想而知。

实际上，锂电正在从便携产品向能源、工业和汽车领域扩散。新能源如风力发电和太阳能发电在全球都是迅速增长的热点领域。美国政府近期为替代能源的研发投入了300亿美元，中国政府也为新能源投入了大量资金并提供了优惠的政策。然而，这些能源由于其输出功率的不稳定性，都需要储电设备来配合，而高压、大电流的锂电池组是不错的选择。

在汽车制造业，混合动力汽车和纯电动车发展迅速。ADI公司预测，未来5年内这些汽车的年复合增长率可达30%，而锂电的应用将从目前的几乎0%增长到50%。也就是说，锂电在工业和汽车领域的应用才刚刚开始，10年后这个市场几乎不可思量。

然而，除了上面提到的安全性之外，锂离子电池与镍氢电池相比还有一件麻烦事：锂电池组中的每节电池都需要进行电压和温度监控，而且它们的充电状态必须平衡。如果处理不好，锂电池可能被损坏，而其后果同样将十分严重——锂电池非常昂贵。例如，一辆电动汽车大约需要100节锂电池，总成本达到1万美元。

可以看出，高压锂电池组的监控和保护不仅重要，而且比较复杂，成本也较高。如何实现可靠的监控保护并降低系统成本是一项挑战，但同样也是电子厂商的一个市场机会。ADI公司就瞄准了这个市场，刚刚推出了用于锂电池保护系统的集成安全监控器。

ADI公司的锂电池监控和保护系统如下图所示。其中AD7280是主监控芯片，AD8280是辅助安全芯片。每组芯片可以监控并保护3 至6节锂电池。它们是基于高压放大器技术直接对锂电池进行监测，通过菊花链的串联形式将信号通过一个隔离器传送到一个处理器。与过去的方法相比，这个系统可以节省大量的隔离器、处理器等器件，大幅降低系统成本和占位面积。该系统可以监控锂电池的过压、欠压和过温状态，电压全温误差仅为正负0.07%（-40到+85摄氏度）。AD7280与AD8280总的最大漏电流仅15微安。


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图：ADI公司的锂电池监控和保护系统

主监控器AD7280的框图和参数如下图所示。


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图：AD7280框图


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图：AD7280关键指标

AD8280是ADI公司刚刚推出的新产品。它是一个安全监控器，配合主监控器AD7280工作，验证主监控器的测量结果，是一个较低成本的冗余方案，为系统提供另一个决策依据。本文开头阐述了锂电池安全的重要性，所以这个冗余方案是必要的，它有助于OEM厂商满足安全法规的要求，如ISO26262和IEC61508，以及汽车应用的AEC-Q100和EMI标准。

AD8280的原理和典型应用电路如下所示。


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图：AD8280电路


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图：AD8280菊花链连接

作者：郭庆春
来源：嵌入式公社