一種鋰電池電量監測電路設計方法

摘要：針對常見鋰電池過壓過流保護、電池電量監測問題，提出一種實用的解決方案，該方案采用DS2762芯片作為核心器件，配合必須的外圍器件完成對鋰電池的監測，通過數據線與主控制器交換信息，為主控制器提供電池的各種狀態信息。該電路方案性能優良，擴展性強，可以廣泛應用于各類電子設備，完成對電池的全面監控和管理。
關鍵詞：鋰電池；狀態監測；安全保護；剩余電量估計

0 引言
隨著手機、數碼相機、音頻視頻播放器等便攜式電子設備的迅猛發展，其工作及待機時間逐漸成為限制其發展的一項瓶頸技術。延長設備工作時間一般從兩方面入手：提高電池容量及效率；加強電池用電量管理。目前便攜式電子沒備大都使用的是可充電鋰電池。鋰電池是指以鋰為負極材料的化學電池的總稱，包括鋰離子電池、鋰聚合物電池等。該類電池無記憶效應，可重復充電次數多，使用壽命較長，具有較高的能量／質量比和能量／體積比。同時該類電池不足在于在充電及使用過程中要求比較苛刻，充電過流、過壓以及放電短路、過熱等情況都會嚴重影響電池的壽命及性能，需要在使用過程采用用電路進行控制及管理。同時為了提高電池的使用率及全面掌握電池的狀態，需要實時監測電池的電池電壓、剩余電量、估計供電時間、溫度等諸多信號，根據該類決定控制策略，從而提高系統運行可靠性。通常，在電池放電過程中，電池電壓與剩余電量、工作時間之間并不是線性關系，所以不能簡單地采用電壓采樣、函數計算剩余電量。針對該要求，設計了一種基于芯片的鋰電池監測及保護電路，同時配合主控制器(MCU)完成對鋰電池的可靠管理及有效保護，實際使用及測試表明該設計合理可行。

1 DS2762芯片介紹
DS2762是MAXIM公司推出一款集數據采集、信息存儲和安全保護于一體的高精度Li+電池監視器，專為對成本敏感的電池組應用設計。這款低功耗器件集成了精確的溫度、電壓、和電流測量，非易失(NV)數據存儲，以及Li+電池保護電路，采用小尺寸的TSSOP封裝或倒裝片封裝。對于剩余容量估計、安全監視和電池特性數據存儲等應用來講，采用DS2762進行電池監測是比較合適的方案。該芯片可以實時監測電池的電壓、電流、充放電狀況及剩余電量等參數，并可以把這些數據儲存起來，提供給單片機作相應處理。它的主要特性有：
(1)提供Li+電池安全電路，包括過壓保護、過流／短路保護、欠壓保護。
(2)累積電流或溫度超過用戶設置的門限時，向主機發出警示信號。
(3)電流檢測可使用內置25 mΩ檢流電阻或外部用戶可選檢流電阻。
(4)電流測量。12位雙向測量。
內部檢流電阻：0．625 mA LSB和±1．9 A動態范圍；
外部檢流電阻：15．625μV LSB和±64 mV動態范圍。
(5)電流累計。內部檢流電阻：0．25 mAhr LSB；
外部檢流電阻：6．25μVhr LSB。
(6)電壓測量分辨率為4．88 mV。
(7)使用集成傳感器測量溫度，分辨率為0．125℃。
(8)支持系統電源管理和控制功能。
(9)32 B可鎖定E2PROM，16B通用SRAM。
(10)Dallas 1-Wire接口，具有惟一的64位器件地址。
(11)低功耗。工作電流：典型為60μA，最大90μA；休眠電流：典型為1μA，最大為2μA。
該芯片采用TSSOP封裝，其管腳分配及定義如表1所示。

DS2762主要由內部寄存器、累加器、傳感器、ADC等部分組成，圖1給出其內部功能框圖。