电动自行车锂电池组保护电路设计

摘要：为保证电动自行车锂电池组安全、长寿命的运行，需为其配备专用管理保护电路。为此，针对一款4并10串规格的锂电池组设计了一套保护电路板，采用S-8209A保护芯片，实现了过充电保护、过放电保护、电池充放电平衡、过电流保护、正常带栽等功能，已被可靠应用于某款电动自行车的锂电池组中。
关键词：锂电池；S-8209A；保护电路；过流保护

0 引言
    近期，国家多部门联合发文对电动自行车产业进行了整改，要求电动自行车的整车重量应不大于40 kg，最高车速应不高于20 km／h。据此标准，目前国内大多数电动自行车无法达标，而其中一大原因就是存在于动力源——铅酸电池。由于此类电池的比能量较小，导致其体积和重量均较大，加上生产过程中易造成铅污染，如今已严重制约着电动自行车产业。
    锂电池问世时间并不长，但由于其具有的比能量大，体积小，重量轻，循环寿命长，无记忆效应，无污染等特点，已成为未来电动自行车能源的新发展方向，目前国外的电动自行车已开始推广使用。锂电池工作电压在2．7～4．2 V区间，可采用多节电池的串联和并联来满足电动自行车所需电压和电量的要求。锂电池的使用要求不能过充电、过放电、过电流，否则将降低电池寿命，严重时会导致电池爆炸。因此，需要设计一款专用保护电路对每节电池进行管理，以保证锂电池的正常充放电。在此完成了一款电动自行车锂电池保护电路的研究与设计。

1 设计需求
    单个锂电池型号为RFE—N18650，如图1所示，标称电压为3．6 V。锂电池组采用4并10串的结构，如图2所示，标称电压为36 V，标称容量为9 Ah。该锂电池组的保护要求为：充电上限电压43 V，放电截止电压27 V。

    保护电路要能实现对每级电池的充放电保护，要求如下：
    (1)每级电池充电电压≤4．3 V；
    (2)每级电池放电电压≥2．7 V。
    锂电池组工作过程中，还需实现以下功能：
    (1)负载短路保护；
    (2)躲避电动机的瞬时启动电流；
    (3)锂电池组各级电压在充放电过程中能保持基本均衡。

2 电路总体实现方案
    锂电池组的保护电路实现方案如图3所示，由2块电路板组成。保护板1用于监视各级锂电池电压，通过保护IC产生保护信号，例如禁止充电、禁止放电等；保护板2接收来自保护板1的控制信号，并驱动充、放电回路(深色线指示)的通断。EB+／EB-可以连接负载或充电器。