DS2786電池電量計(jì)在2節(jié)鋰離子電池包中的使用

摘要：DS2786獨(dú)立式、開路電壓(OCV)檢測(cè)電量計(jì)設(shè)計(jì)用于單節(jié)鋰離子(Li+、Li-ion)電池。然而，只需在典型應(yīng)用電路中添加幾個(gè)額外器件，DS2786即可用來測(cè)量2節(jié)鋰電池包的電量。本應(yīng)用筆記詳細(xì)說明了采用DS2786測(cè)量2節(jié)鋰電池包電量的電路。

概述

DS2786獨(dú)立式、開路電壓檢測(cè)(OCV)電量計(jì)根據(jù)電池閑置時(shí)的開路電壓估算可充電鋰離子和鋰離子聚合物電池的可用電量。通過儲(chǔ)存在IC中的查找表，由開路電壓(OCV)確定相應(yīng)的電池電量。這一功能可以在電池包接入系統(tǒng)后立即得到準(zhǔn)確的電量信息。

盡管DS2786設(shè)計(jì)用于單節(jié)Li+電池包，但增加幾個(gè)外圍器件后也可以用來測(cè)量2節(jié)鋰離子電池包的電量。本應(yīng)用筆記詳細(xì)說明了通過添加兩個(gè)IC利用DS2786測(cè)量2節(jié)電池包電量的典型電路，該電路可充分利用DS2786的所有功能，包括片上電壓、電流和溫度測(cè)量，兩路輔助電壓輸入以及2線接口。

電路說明

圖1所示電路在2節(jié)電池包的保護(hù)器側(cè)使用DS2786，圖1電路在DS2786標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路的基礎(chǔ)上增加了2個(gè)額外器件：低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)和2N7000 FET。


圖1. DS2786在2節(jié)鋰離子/鋰離子聚合物電池包中的應(yīng)用電路

由于2節(jié)電池包的電壓超出了DS2786 VDD引腳的最大工作電壓，所以需要采用低功耗穩(wěn)壓器為VDD提供可接受的電壓。電路采用MAX1726EUK5 LDO提供穩(wěn)定的電壓。這款穩(wěn)壓器的典型工作電流為2μA，待機(jī)模式下僅為0.7μA，非常適合電池供電應(yīng)用。5V輸出的LDO可確保DS2786 VDD引腳的電壓大于VIN引腳的電壓。為保證穩(wěn)定性，LDO輸入和輸出電容可按照數(shù)據(jù)資料中的推薦值選擇。

2N7000 FET用來將BAT1電壓轉(zhuǎn)換至DS2786的VIN引腳，使DS2786的測(cè)量電壓為總電池電壓的一半。將一只1kΩ電阻與FET串聯(lián)，在電池包出現(xiàn)短路故障時(shí)提供限流作用。

本文所示電路中VOUT浮空，AIN0和AIN1通過電阻拉至低電平。必要時(shí)，可參考DS2786數(shù)據(jù)資料設(shè)置這些引腳。為增強(qiáng)ESD保護(hù)能力，在SCL和SDA引腳增加了150Ω電阻和5.6V齊納二極管。

工作原理

圖1所示電路正常工作時(shí)，保護(hù)電路的DC引腳為高電平，將MAX1726的低電平有效關(guān)斷引腳/SHDN驅(qū)動(dòng)至高電平，使能LDO。LDO使能后，產(chǎn)生有效的5V輸出，開啟DS2786。DC引腳還將2N7000的柵極驅(qū)動(dòng)至高電平， 2N7000導(dǎo)通，使BAT1轉(zhuǎn)換電壓連接到VIN引腳。DS2786處于工作模式時(shí)，對(duì)VIN引腳電壓采樣，并且根據(jù)OCV電壓計(jì)算電量，用戶通過SCL和SDA引腳可完全訪問DS2786。

如果放電時(shí)出現(xiàn)故障，保護(hù)電路的DC引腳置低，從而禁止LDO并關(guān)斷DS2786。2N7000柵極也被驅(qū)動(dòng)至低電平，斷開BAT1轉(zhuǎn)換電壓與DS2786 VIN引腳的連接。由于DS2786已關(guān)閉，電池包消耗的電流僅為0.7μA (典型值)的LDO關(guān)斷電流。

如果發(fā)生過充故障，保護(hù)電路的CC引腳置低，斷開充電通道的FET。斷開充電通道的FET可以保護(hù)LDO不出現(xiàn)過壓故障，并使DS2786保持有效工作。

注意事項(xiàng)

DS2786根據(jù)VIN引腳的開路電壓估算電池包容量，圖1所示電路僅測(cè)量了單節(jié)鋰電池的電壓，需要相應(yīng)地修改存儲(chǔ)在DS2786 EEPROM中基于電壓的容量查找表。由電池包參數(shù)獲得的電壓和容量對(duì)應(yīng)值存儲(chǔ)于EEPROM中，電壓值應(yīng)除以2。例如，如果電池包在8V下容量為80%，存儲(chǔ)值應(yīng)為4V下80%。

由BAT1電壓饋入DS2786 VIN引腳的電流會(huì)給BAT1電池增加一個(gè)額外的小負(fù)載，BAT2不存在這種情況。當(dāng)BAT1從2.5V升至5V時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得流入VIN的平均負(fù)載電流從5nA線性增加至9nA。最大9nA電流導(dǎo)致每小時(shí)消耗9nAh的容量，每天為9nAh × 24 = 216nAh。一年消耗的電池容量為216nAh × 365 = 78.84μAh；如果用戶假定電池壽命為10年，則為78.84μAh × 10 = 788.4μAh。因此電池不匹配帶來的影響可以忽略，并且不會(huì)對(duì)電池產(chǎn)生危害。

總結(jié)

DS2786設(shè)計(jì)用于測(cè)量單節(jié)鋰離子電池電量，經(jīng)過修改后，也可以測(cè)量2節(jié)鋰離子電池包的電量。本應(yīng)用筆記給出的電路僅增加了兩個(gè)額外器件，額外消耗的電流僅為2μA (典型值)。對(duì)于獨(dú)立式、基于OCV的電量計(jì)，上述電路能夠?qū)崿F(xiàn)2節(jié)鋰離子電池包的電量測(cè)量，并可充分利用DS2786的所有功能。