应用笔记 4106

DS2786电池电量计在2节锂离子电池包中的使用


摘要 : DS2786独立式、开路电压(OCV)检测电量计设计用于单节锂离子(Li+、Li-ion)电池。然而,只需在典型应用电路中添加几个额外器件,DS2786即可用来测量2节锂电池包的电量。本应用笔记详细说明了采用DS2786测量2节锂电池包电量的电路。

概述

DS2786独立式、开路电压检测(OCV)电量计根据电池闲置时的开路电压估算可充电锂离子和锂离子聚合物电池的可用电量。通过储存在IC中的查找表,由开路电压(OCV)确定相应的电池电量。这一功能可以在电池包接入系统后立即得到准确的电量信息。

尽管DS2786设计用于单节Li+电池包,但增加几个外围器件后也可以用来测量2节锂离子电池包的电量。本应用笔记详细说明了通过添加两个IC利用DS2786测量2节电池包电量的典型电路,该电路可充分利用DS2786的所有功能,包括片上电压、电流和温度测量,两路辅助电压输入以及2线接口。

电路说明

图1所示电路在2节电池包的保护器侧使用DS2786,图1电路在DS2786标准应用电路的基础上增加了2个额外器件:低压差线性稳压器(LDO)和2N7000 FET。

图1. DS2786在2节锂离子/锂离子聚合物电池包中的应用电路
图1. DS2786在2节锂离子/锂离子聚合物电池包中的应用电路

由于2节电池包的电压超出了DS2786 VDD引脚的最大工作电压,所以需要采用低功耗稳压器为VDD提供可接受的电压。电路采用MAX1726EUK5 LDO提供稳定的电压。这款稳压器的典型工作电流为2µA,待机模式下仅为0.7µA,非常适合电池供电应用。5V输出的LDO可确保DS2786 VDD引脚的电压大于VIN引脚的电压。为保证稳定性,LDO输入和输出电容可按照数据资料中的推荐值选择。

2N7000 FET用来将BAT1电压转换至DS2786的VIN引脚,使DS2786的测量电压为总电池电压的一半。将一只1kΩ电阻与FET串联,在电池包出现短路故障时提供限流作用。

本文所示电路中VOUT浮空,AIN0和AIN1通过电阻拉至低电平。必要时,可参考DS2786数据资料设置这些引脚。为增强ESD保护能力,在SCL和SDA引脚增加了150Ω电阻和5.6V齐纳二极管。

工作原理

图1所示电路正常工作时,保护电路的DC引脚为高电平,将MAX1726的低电平有效关断引脚/SHDN驱动至高电平,使能LDO。LDO使能后,产生有效的5V输出,开启DS2786。DC引脚还将2N7000的栅极驱动至高电平,2N7000导通,使BAT1转换电压连接到VIN引脚。DS2786处于工作模式时,对VIN引脚电压采样,并且根据OCV电压计算电量,用户通过SCL和SDA引脚可完全访问DS2786。

如果放电时出现故障,保护电路的DC引脚置低,从而禁止LDO并关断DS2786。2N7000栅极也被驱动至低电平,断开BAT1转换电压与DS2786 VIN引脚的连接。由于DS2786已关闭,电池包消耗的电流仅为0.7µA (典型值)的LDO关断电流。

如果发生过充故障,保护电路的CC引脚置低,断开充电通道的FET。断开充电通道的FET可以保护LDO不出现过压故障,并使DS2786保持有效工作。

注意事项

DS2786根据VIN引脚的开路电压估算电池包容量,图1所示电路仅测量了单节锂电池的电压,需要相应地修改存储在DS2786 EEPROM中基于电压的容量查找表。由电池包参数获得的电压和容量对应值存储于EEPROM中,电压值应除以2。例如,如果电池包在8V下容量为80%,存储值应为4V下80%。

由BAT1电压馈入DS2786 VIN引脚的电流会给BAT1电池增加一个额外的小负载,BAT2不存在这种情况。当BAT1从2.5V升至5V时,在实验室中测得流入VIN的平均负载电流从5nA线性增加至9nA。最大9nA电流导致每小时消耗9nAh的容量,每天为9nAh × 24 = 216nAh。一年消耗的电池容量为216nAh × 365 = 78.84µAh;如果用户假定电池寿命为10年,则为78.84µAh × 10 = 788.4µAh。因此电池不匹配带来的影响可以忽略,并且不会对电池产生危害。

总结

DS2786设计用于测量单节锂离子电池电量,经过修改后,也可以测量2节锂离子电池包的电量。本应用笔记给出的电路仅增加了两个额外器件,额外消耗的电流仅为2µA (典型值)。对于独立式、基于OCV的电量计,上述电路能够实现2节锂离子电池包的电量测量,并可充分利用DS2786的所有功能。