???? AFE的主要任務(wù)是對過載、短路的檢測，并保護充電及放電MOSFET、電池單元以及其它線路上的元件，避免過電流狀態(tài)。過載檢測用于檢測電池放電流向上的過電流(OC)，同時，短路(SC)檢測用于檢測充電及放電流向上的過電流。AFE電路的過載和短路限定以及延遲時間均可通過電量計數(shù)據(jù)閃存編程設(shè)定。當(dāng)檢測到過載或短路狀態(tài)，且達到了程序設(shè)定的延遲時間，則充電及放電MOSFET Q1及Q2將被關(guān)閉，詳細(xì)的狀態(tài)信息將存儲于AFE的狀態(tài)寄存器，從而電量計可讀取并調(diào)查導(dǎo)致故障的原因。
??? 對于計量2、3或4個鋰離子電池包的電量計芯片集解決方案來說，AFE起了很重要的作用。AFE提供了所需的所有高壓接口以及硬件電流保護特性。所提供的I2C兼容接口允許電量計訪問AFE寄存器并配置AFE的保護特性。AFE還集成了電池單元平衡控制。多數(shù)情況下，在多單元電池包中，每個獨立電池單元的電荷狀態(tài)(SOC)彼此不同，從而導(dǎo)致了不平衡單元間的電壓差別。AFE針對每一的電池單元整合了旁通通路。此類旁通通路可用于降低至每一單元的充電電流，從而為電池單元充電期間的SOC平衡提供了條件。基于阻抗追蹤電量計對每一電池單元化學(xué)電荷狀態(tài)的確定，可在需要單元平衡時做出正確的決策。
?? 具有不同激活時間的多極過電流保護限（如圖2所示）使得電池包保護更為強健。電量計具有兩層的充電/放電過電流保護設(shè)定，而AFE則提供了第三層的放電過電流保護。在短路狀態(tài)下，MOSFET及電池可能在數(shù)秒內(nèi)毀壞，電量計芯片集完全依靠AFE來自動的關(guān)斷MOSFET，以免產(chǎn)生毀壞。
圖2. 多級電池過電流保護
???? 當(dāng)電量計IC及其所關(guān)聯(lián)的AFE提供過電壓保護時，電壓監(jiān)測的采樣特性限制了此類保護系統(tǒng)的響應(yīng)時間。絕大多數(shù)應(yīng)用要求能快速響應(yīng)，且實時、獨立的過電壓監(jiān)測器，并與電量計、AFE協(xié)同運作。該監(jiān)測器獨立于電量計及AFE，監(jiān)測每一電池單元的電壓，并針對每一達到硬件編碼過電壓限的電池單元提供邏輯電平輸出。過電壓保護的響應(yīng)時間取決于外部延遲電容的大小。在典型的應(yīng)用中，秒量級保護器的輸出將觸發(fā)化學(xué)保險絲或其它失效保護設(shè)備，以永久性的將鋰離子電池與系統(tǒng)分離。
電池包永久性的失效保護
??? 對于電池管理單元來說，很重要的一點是要為非正常狀態(tài)下的電池包提供趨于保守的關(guān)斷。永久性的失效保護包括了過電流的放電及充電故障狀態(tài)下的安全、過熱的放電及充電狀態(tài)下的安全、過電壓的故障狀態(tài)（峰值電壓）以及電池平衡故障、短接放電FET故障、充電MOSFET故障狀態(tài)下的安全。制造商可選擇任意組合上述的永久性失效保護。當(dāng)檢測到任意的此類故障，則保護設(shè)備將熔斷化學(xué)保險絲，以使得電池包永久性的失效。作為電子元件故障的外部失效驗證，電池管理單元設(shè)計用于檢測充電及放電MOSFET Q1及Q2的失效與否。如果任意充電或放電MOSFET短路，則化學(xué)保險絲也將熔斷。
??? 據(jù)報道，電池內(nèi)部的微小短路也是導(dǎo)致近期多起電池召回的主要原因。如何檢測電池內(nèi)部的微小短路并防止電池著火乃至爆炸呢？外殼封閉處理過程中，金屬微粒及其它雜質(zhì)有可能污染電池內(nèi)部，從而引起電池內(nèi)部的微小短路。內(nèi)部的微小短路將極大地增加電池的自放電速率，使得開路電壓較之正常狀態(tài)下的電池單元有所降低。阻抗追蹤電量計監(jiān)測開路電壓，并從而檢測電池單元的非均衡性――當(dāng)不同電池單元的開路電壓差異超過預(yù)先設(shè)置的限定值。當(dāng)出現(xiàn)此類失效時，將產(chǎn)生永久性失效的告警并斷開MOSFET，化學(xué)保險絲也可配置為熔斷。上述行為將使得電池包無法作為供電源并因此屏蔽了電池包內(nèi)部的微小短路電池單元，從而防止了災(zāi)害的發(fā)生。
小結(jié)
???? 電池管理單元對于確保終端用戶的安全性是至關(guān)重要的。強健的多極保護――過電壓、過電流、過熱、電池單元非均衡以及MOSFET失效監(jiān)測，極大地改善了電池包的安全性。通過監(jiān)測電池單元的開環(huán)電壓，阻抗追蹤技術(shù)可檢測電池內(nèi)部的微小短路，并進而永久性的失效電池，確保了終端用戶的安全。