要接上難以拔出的吸塵器電線，并插上厚重的交流電源插頭，真令人煩擾，有時可能會非常危險。而使用無線電動工具和園藝工具在過去只不過是一個奢侈的夢想，但隨著鋰離子電池變得越來越流行、更廉價，這個夢想終于得以成真！

使用鋰離子、鋰聚合物或磷酸鐵鋰(LiFePO4)化學(xué)物的明顯優(yōu)勢是，它們與傳統(tǒng)電池相比，在容積（按照電池大小所能獲得的電量）和重量（按照電源重量所能獲得的電量）的能量密度方面都表現(xiàn)良好。因此，即使沒有笨重的大型鉛酸電池，您也可獲得較高的電量。如果您想讓電動工具或園藝工具依靠鋰電池運行，則是一個理想的選擇。然而，這些化學(xué)物并不完美，會出現(xiàn)欠壓(UV)、過壓(OV)、過熱和過電流(OC)等安全問題。而這些問題都會加速電池性能退化，并可能導(dǎo)致出現(xiàn)熱耗散和系統(tǒng)故障。

隨著鋰離子電池組的使用人數(shù)越來越多，以及這些化學(xué)物質(zhì)的使用范圍越來越廣，電池組本身的大小在不斷增長，這就要求具有更高的電量。許多正在生產(chǎn)的電池也是如此。隨著普及范圍不斷擴大，人們開始有了更多的安全顧慮（上面提到的那些顧慮）。越來越多的安全問題迫使設(shè)計師在設(shè)計電池組時，要考慮采用更精密的保護、監(jiān)控和平衡電路，同時兼顧空間和熱限制。

鑒于此電池組的快速發(fā)展和市場不斷擴大，TI Design –10節(jié)電池組的監(jiān)視、平衡與保護參考設(shè)計，為電池組提供了一個經(jīng)測試的硬件平臺用于電池監(jiān)視、平衡、保護和計量。此電池組使用10節(jié)串聯(lián)鋰電池和磷酸鋰鐵電池。其應(yīng)用包括但不限于電動工具、園藝工具、機器人和立式吸塵器，甚至是無人機！

此設(shè)計包括：

一個用于監(jiān)視電池電壓、電池組以及電流和溫度的模擬前端（AFE）。AFE具有全面的保護功能，包括防紫外線、防過壓、防短路和防過流。同時也可以驅(qū)動電池平衡電路。

一個微控制器（MCU），作為電池管理控制器，可配置AFE的參數(shù)，執(zhí)行氣體計量算法和電池平衡方案、處理故障，并與電池組外部系統(tǒng)通信。

充電或放電過程中發(fā)生故障時，由AFE控制的保護場效應(yīng)晶體管（FET）斷開電路。

圖1：TIDA-00449系統(tǒng)框圖

電池組配置

10S3P (30-42V, 12.6Ah)

最大持續(xù)放電電流

50A

最大充電電流

10A

防紫外線

2.75V/電池

防過壓

4.3V/電池

防過流

200A, 40ms

短路保護

300A, 200μs

平衡電流

150mA

表1：參考設(shè)計規(guī)格

設(shè)計電池供電的電動工具時，需確保您的電池組具有正確的監(jiān)視、平衡和保護需求，防止錯誤充電或放電。借助設(shè)計指南及該參考設(shè)計，我們添加了分步解釋，涵蓋組件選擇、原理圖和布局設(shè)計，以及包括熱測量的測試結(jié)果。從今天開始，查看哪些電動工具可采用無線設(shè)計！