電池管理概述
　　電池管理包括兩個(gè)主要功能：1. 充電適配器，以及 2. 電池側(cè)的電池電量監(jiān)測和保護(hù)。圖 1 中的框圖描述了整個(gè)系統(tǒng)。在每一個(gè)系統(tǒng)中，電流感應(yīng)在從電池中獲得性能、壽命和安全性方面都起著至關(guān)重要的作用。
　　圖 1

　

　　帶有充電適配器和電池管理的通用電池管理系統(tǒng)。
　　電池管理-設(shè)備側(cè)電路
　　準(zhǔn)確的燃料計(jì)量和系統(tǒng)管理（所有圖片由 ON SEMI 提供）

　　對于鋰離子電池的電量測量，隨時(shí)間變化的電荷積分是庫侖計(jì)數(shù)和確定 SoC（荷電狀態(tài)）的常用方法。在其他電池技術(shù)中，開路電壓已用作電量監(jiān)測，但鋰離子電池在放電循環(huán)中顯示出更恒定的電壓，這無法提供有關(guān)充電狀態(tài)的可靠信息，如圖 2 所示。

　　圖 2
　　鋰離子電池的廣義放電曲線表明，通過電壓確定電荷的準(zhǔn)確性并不理想。感應(yīng)電流使庫侖計(jì)數(shù)成為比電荷狀態(tài)測量更的替代方案。
　　鋰離子電池的廣義放電曲線表明，通過電壓確定電荷的準(zhǔn)確性并不理想。感應(yīng)電流使庫侖計(jì)數(shù)成為比電荷狀態(tài)測量更的替代方案。
　　庫侖計(jì)數(shù)，假設(shè)從已知狀態(tài)開始，對放電電流進(jìn)行積分以計(jì)算從電池中取出的庫侖，對充電電流進(jìn)行積分以計(jì)算恢復(fù)的庫侖。顯而易見，這是一個(gè)受益于電流感應(yīng)精度的過程。本文的目的不是詳述庫侖計(jì)數(shù)的無數(shù)細(xì)節(jié)，而是主要關(guān)注電流傳感在電池管理中的作用。（參見未知文檔 568478
　　鋰離子電池的另一個(gè)方面是電池管理的重要性。鋰離子電池對電壓、電流和溫度施加了嚴(yán)格的操作限制，以避免出現(xiàn)電池壽命縮短、內(nèi)部短路或電池?fù)p壞等不良后果。

　　電池管理系統(tǒng)示例

　　圖 3 是典型鋰離子電池組中的電路框圖。它顯示了鋰離子電池的安全保護(hù)電路和電量計(jì)（容量測量裝置）的示例。安全電路包括一個(gè)鋰離子保護(hù)器，用于控制背靠背 FET 開關(guān)。這些開關(guān)可以打開，以保護(hù)電池組免受過壓、欠壓和過流等故障情況的影響。該圖還包括一個(gè)溫度敏感的三端子保險(xiǎn)絲，該保險(xiǎn)絲會因長時(shí)間過流或過熱而斷開，或者可以通過冗余保護(hù)電路強(qiáng)制斷開，以防主保護(hù)電路無法響應(yīng)。打開此保險(xiǎn)絲是的手段，因?yàn)樗鼘?dǎo)致包禁用。
　　電量計(jì)電路通過使用分流電阻器和電流檢測放大器測量電流來測量充電和放電電流。對電流測量進(jìn)行積分，以確定庫侖容量的變化。此外，該電量監(jiān)測計(jì)還測量溫度和電壓，評估電量監(jiān)測算法以確定電池中的可用容量，并計(jì)算電量耗盡時(shí)間和主機(jī)所需的其他值?？捎萌萘恳约捌渌麥y量和計(jì)算結(jié)果可用并傳輸?shù)较到y(tǒng)控制器。
　　電流感應(yīng)中的具體注意事項(xiàng)
　　選擇電阻器（參見圖 4 和圖 5）
　　電阻值、精度和物理尺寸的選擇取決于預(yù)期測量的電流。電阻值越大，測量越準(zhǔn)確，但電阻值越大，電流損耗也更大，效率降低。對于必須具有低損耗的低功率電池供電設(shè)備，通常使用長度約為 1 毫米、值為 100 分之一或 100 分之一歐姆的電阻器。
　　雖然電阻器通常被認(rèn)為是簡單的雙端子器件，但為了進(jìn)行測量，使用四端子電流檢測電阻器，電阻器的每一端有兩個(gè)端子。這為應(yīng)用電路的電流路徑提供了兩個(gè)端子，并為檢測放大器的電壓檢測路徑提供了一對端子。這種四端子設(shè)置，也稱為 Kelvin Sensing，可確保準(zhǔn)確的傳感連接，更高的精度意味著更準(zhǔn)確的庫侖計(jì)數(shù)。

　　的電阻器安裝和連接對于實(shí)現(xiàn)精度至關(guān)重要。電流分流器有兩大類，標(biāo)準(zhǔn)分流器和開爾文連接分流器。標(biāo)準(zhǔn)分流器是經(jīng)濟(jì)的，但必須特別注意連接方法。圖 4 詳細(xì)說明了正確和錯(cuò)誤連接的一般情況，但請盡可能查閱分流器制造商的文獻(xiàn)或咨詢制造商以獲得理想的連接。

　　圖 4
　　雖然這描述了非開爾文分流連接的一般建議，但請始終查看制造商的文獻(xiàn)（如果有），以了解任何具體建議
　　雖然這描述了非開爾文分流連接的一般建議，但請始終查看制造商的文獻(xiàn)（如果有），以了解任何具體建議

　　Kelvin 連接分流器從連接的角度來看，可以輕松獲得精度。專用連接引腳使這成為可能，圖 5 描繪了標(biāo)準(zhǔn)和開爾文連接分流器的圖片以及連接圖。

　　圖 5
　　這里顯示的是標(biāo)準(zhǔn)和開爾文連接分流器（照片由 SEI Stackpole 提供）以及連接原理圖。
　　偏移電壓
　　很多時(shí)候，當(dāng)話題轉(zhuǎn)向偏移電壓時(shí)，人們會從精度的角度來討論，這基本上是正確的，但錯(cuò)過了相對于電流檢測的一個(gè)重要方面。偏移電壓決定了可以測量的實(shí)際分流電壓降。較低的電壓降允許的滿量程電壓降。降低滿量程壓降有兩個(gè)重要優(yōu)勢：
　　1. 較低的滿量程分流壓降減少了功率損耗，這有助于延長電池壽命。
　　2. 較低的分流壓降意味著分流器中的功耗更少，這通常可以使用更小、更經(jīng)濟(jì)的分流電阻器，以及更少的溫升。
　　共模范圍和電池電壓注意事項(xiàng)
　　電流感應(yīng)放大器有兩大類，共模電壓范圍延伸到或低于地電位的放大器，其余類別是只能可靠地測量高于始終指定的共模電壓的放大器。
　　許多應(yīng)用還將使用它正在監(jiān)控的同一電池為電流感應(yīng)放大器供電，在這種情況下，無需且不可能一直感應(yīng)到零。盡管如此，將監(jiān)控降至級別。
　　一些系統(tǒng)可能使用較低功率的獨(dú)立電源為電流檢測放大器供電，但來自電池，在這種情況下，對電流檢測放大器的要求可能包括在低電源電壓下工作的能力，這將值得使用適合在低于 3 V 的低電源電壓下工作的放大器。
　　單向和雙向電流感應(yīng)
　　電池管理需要雙向電流感應(yīng)來監(jiān)控充電和放電電流。檢查電流檢測放大器的規(guī)格很重要，因?yàn)槠渲幸恍┓糯笃鲀H用于單向使用。還需要注意的是，雙向電流檢測放大器總是可以用于單向應(yīng)用，反之則不然。
　　關(guān)于雙向電流感應(yīng)的一個(gè)細(xì)節(jié)是，放大器將有一個(gè)參考引腳，用于偏置放大器的靜態(tài)輸出電壓。這允許輸出電壓擺動(dòng)高于和低于參考電平，以表示充電與放電條件。
　　圖 6 顯示了一個(gè)電路示例，其中電流檢測放大器直接由電池供電。充滿電時(shí)，電池標(biāo)稱為 4.2 伏。所示的 NCS213R 電流感應(yīng)放大器的工作電壓低至 2.2 V，低于該水平時(shí)，系統(tǒng)可能無法正常工作。關(guān)于共模電壓范圍，NCS213R的額定共模范圍低至 -0.3 V，雖然該電路不需要將共模降至零，但它使該放大器成為一個(gè)簡單的選擇。

　　該電路配置為驅(qū)動(dòng)具有 0 至 2.5 V 輸入的 ADC，因此 1.25 V 代表放大器輸出的中心值，因此 1.25 V 偏置到放大器參考引腳。此基準(zhǔn)偏置需要來自低阻抗，以保持放大器中的高共模抑制。如果使用簡單的 resistor pider 來生成此 reference ，則應(yīng)由 unity gain 放大器緩沖。

　　圖 6
　　帶有雙向電流檢測放大器的電池電流檢測電路示例。使用 ON Semiconductor NCS214R在整個(gè)溫度范圍內(nèi)提供 60 μV 的偏移和 1% 的增益誤差
　　該電路顯示了 ON Semiconductor 的 NCS21xR 系列，其中 NCS214R 提供 100 的增益和 60 μV 的偏移，允許 +/-1.25 V 輸出擺幅，以實(shí)現(xiàn) +/-12.5mV 的分流壓降。
　　電池和系統(tǒng)保護(hù)
　　電流感應(yīng)還用于監(jiān)控和保護(hù)電池。電流測量用于保護(hù)電池免受濫用，并通過在過流情況下提供緊急關(guān)閉來確保其安全使用。雖然保護(hù)和安全功能可能不需要高水平的電流測量精度，但分立電流傳感很容易為保護(hù)電路提供理想的信號。
　　速度是保護(hù)中的一個(gè)重要考慮因素，這種能力由電流檢測放大器的帶寬和轉(zhuǎn)換速率等參數(shù)指定。前面提到的 NCS214R 提供 60 kHz 的帶寬和 1 V/μs 的轉(zhuǎn)換速率，確保對過流瞬變的快速響應(yīng)。
　　電流感應(yīng)和溫度控制
　　電流感應(yīng)可以在溫度控制策略中發(fā)揮作用?；跍囟葌鞲衅鞯臒峥刂菩枰獪囟壬邅頇z測和調(diào)用熱控制。當(dāng)希望將系統(tǒng)穩(wěn)定在高溫下時(shí)，這種控制策略更有意義。
　　智能熱控制應(yīng)響應(yīng)系統(tǒng)的熱負(fù)載，該熱負(fù)載由從電池獲取或饋送到電池的功率表示。電流感應(yīng)提供的信號使主動(dòng)熱控制成為可能。
　　感應(yīng)代表功率的電流可提供有關(guān)即將發(fā)生的溫度事件的“前沿”信息，這是可預(yù)測的。您甚至可以在溫度升高之前使用它來調(diào)用溫度控制策略，并且您的溫度傳感器現(xiàn)在起到了防止重大溫度故障或冷卻策略故障的作用。這是一種可以使您的系統(tǒng)盡可能保持涼爽的策略，與基于溫度傳感的方法形成鮮明對比，后者傾向于將系統(tǒng)保持在較高的控制溫度。
　　在電池適配器側(cè)電路之外進(jìn)行管理
　　圖 7 顯示了整個(gè)電池充電系統(tǒng)的 AC 適配器部分的框圖。適配器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電并提供調(diào)節(jié)和保護(hù)，而圖 3 中器件側(cè)的電路控制充電的細(xì)節(jié)。適配器中的電流信號連接到適配器中的調(diào)節(jié)和保護(hù)電路。
　　電流感應(yīng)是鋰離子電池充電和放電管理的重要組成部分，雖然有完全集成的解決方案可用，但要實(shí)現(xiàn)的電池壽命和安全性，可能需要使用分立電路來提供所需的精度。在許多情況下，確切的算法是專有的且高度機(jī)密的，并且需要在電流感應(yīng)等領(lǐng)域使用離散方法來實(shí)現(xiàn)其性能目標(biāo)。

　　圖 7

　　用于 AC（或其他電源）調(diào)節(jié)和保護(hù)的適配器側(cè)電路需要電流感應(yīng)。