T BOX系统解决方案深度剖析之充放电管理

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第二节 充放电管理

正常情况下，VBAT为负载供电的同时也会为备用电池充电；当遇到突发状况时（如撞车），VBAT无法正常供电，此时转换成备用电池为负载供电。如下图蓝色阴影框图所示，备用电池的充放电管理主要分成三个部分：电池组、充电器以及预升压。

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图-1

1. 电池组

常用的蓄电池有Ni-MH，LiFePO4以及Li-Lon，其特点列举如下表所示。

类型	Ni-MH	LiFePO4	Li-Lon
优点	可靠耐用； 过量的充电不会产生高温； 成本较低；	高额定电流； 寿命长； 热稳定性高； 安全；	高能量密度； 高电压（3.6V）； 寿命长；
缺点	快速自放电，导致要频繁充电； 低电压（1.2V），导致体积大；	低电压（3.2V）； 高自放电，导致平衡问题与老化；	易碎，运输需要保护电路； 充电时需要限制峰值电流； 温度需要监控； 昂贵；

表-1

在汽车的领域中通常使用Ni-MH以及Li-ion。Ni-MH相对安全可靠，即使过量充电也不会产生高温。而Li-ion可以在更小的体积内实现更高的能量密度，且价格更低。世界领先的汽车制造商已经将锂离子电池应用于E-Call 。

2.    充电器

1） 针对锂电池的解决方案

锂电池充电的过程可分为三步：当电压小于3V时，先进行预充电，电流为0.1C；当电压上升到3V到4.2V时，采用恒流充电，电流为0.2-1.0C；当电压大于4.2V时，采用恒压供电，此时电流随电压的增加而减少，直到电量完全充满。TI主推器件为BQ24081-Q1，优势如下：

• 高度集成的线性充电器件，集成了功率 FET 和电流传感器，可提供高精度电流和电压调节以及读取充电状态；

• 可通过设置外部电阻调节充电电流；

• 可实现电池容量、循环周期以及安全性的最大化；

• 非常适合低压差的充电应用；

• 可提供睡眠模式降低功耗；

• 封装小，3mm × 3mm VSON10。

  
  

2） 针对镍氢电池的解决方案

镍氢电池充电过程也可分为三步：先快速充电（Fast Charging）恢复大部分容量；然后采用定时充电（Optional Top-off charge）恢复全部的容量完成充电；最后通过提供连续的脉冲涓流（Pulse-Trickle Charge）维护充电，从而补偿电池的自放电。充电过程中的终点控制非常重要，可采用检测电压降（- ）、检测电压峰值、检测最高温度等终止充电。TI有专门针对镍氢电池的充电管理方案，如BQ2002。然而这种方式成本较高。

当成本受限时，也可采用LDO直接为镍氢电池充电。因为LDO有输出最大电流的限制，这样就不会导致电流超标。TI主推器件为TPS79801-Q1，优势如下：

• 宽输入电压范围：3V到50V；

• 不需要输入保护二极管；

• 输出电流达50mA；

• 低压差，典型值为300mV。

  
  

3） 针对磷酸铁锂电池的解决方案

磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂（LiFePO4）材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。由于它的性能特别适合作动力方面的应用，又被称之为磷酸铁锂动力电池。

它的充电算法与Li-Lon电池不同：首先电池快速充电到过充电电压，然后慢慢下降到较低的浮动充电电压阈值。该充电器集成了传感器，能在电流电压调节的回路中达到较高的精度。内部控制回路还会通过充电周期监测芯片结温。如果超过内部温度阈值，则会降低充电电流。推荐的芯片为BQ25071-Q1。

3.  升压电路

由于从电池组输出的电压较低（如Li-ion为4.2V），通常需要预升压芯片将电压升到5V为后续二级电源供电。TI推荐的TPS61085-Q1是一款具有强制 PWM 模式的汽车类 18.5V、2A、650kHz/1.2MHz的升压转换器。