便携式设备双电池供电方案
便携式设备双电池供电方案
随着便携式设备功耗的不断增加，设备的待机时间已成为产品的重要性能指标。本文深入探讨了双电池供电方案的设计与实现，特别是在国际航空运输协会和中国《危险货物运输规则》对锂电池能量限制的背景下，双电池或多电池系统成为便携式设备的优选方案。文章详细介绍了两种主要的双电池供电方案，并提供了具体的芯片选型建议，对于从事便携式设备设计的工程师具有很高的参考价值。
影响因素
国际航空运输协会要求：设备所需的备用锂电池（含充电宝）作为随身或手提行李携带时，锂电池额定能量应不超过100Wh。使用超过100Wh锂电池的便携式设备在日常工作、差旅中非常不便。
中国《危险货物运输规则》及国际相关标准：当锂电池的单个能量超过100Wh或质量超过1kg，以及装置总能量超过300Wh时，必须办理危包证，同时需要定制专用的危包箱包装运输，运输前需要预约海关工作人员上门检查包装是否合规。这意味着使用单个超过100Wh的锂电池在出口和运输上将受极大限制，大大提高人力和物流、时间成本。
便携式设备结构设计限制：不能简单地通过不断增加单节锂电池容量来增加续航时间，需要把两个单电池分布在主机两个位置。
电源功率需求：便携式设备所需电源功率较大，单一电池无法支持系统功率，需要双电池同时并联供电。
不间断工作需求：便携式设备需要实现不间断工作，双电池及以上系统可以支持拔出任一一个电池而系统不断电，通过热插拔更换电池实现系统不断电不间断工作。
可靠性要求：医疗设备或者其他严肃的应用领域，要求单一电池失效后保证系统正常工作，因此需要双电池及以上备份，增加系统供电可靠性。
综上所述，双电池供电的需求并不罕见。如果便携式设备供电需求大于100Wh，在电池技术没有得到突破之前，选择2个及以上100Wh以内的标准电池组成多电池系统成为了最优的解决方案。另外，标准电池均已通过UN38.3/MSDS认证测试，可以满足便携式设备快速合法出口销售，缩短设备上市时间。
双电池供电方案
方案一：集成式双电池方案
针对双电池的应用市场需求，知名模拟器件半导体制造商ADI已经有成熟的集成电路可供直接选型。
LTC1760是非常全面的单芯片双智能电池系统的代表，简单易用，仅需要确定4个参数就能完成一个完整的设计，而且不需要软件代码。该器件仅需最低限度的研发工作，就可组成一个完整的双电池充放电系统并正常工作。
方案二：分立式双电池或多电池系统
针对3电池及以上的电源供电系统，目前市面上无现场的集成方案可供直接选型，需要采用现有技术设计，实现主电池电源通路与备电池电源通路互为备用的双、多电源供电结构。
主要包括：
充电管理单元：实现对锂电池组的恒流、恒压充电管理，系统供电路径管理。参考选型：TI公司的BQ24610。
防反灌控制单元：实现电池放电单向导通性，避免多电池之间反灌电流，采用理想二极管（ORING控制器）实现。参考选型：TI公司的LM74700-Q1。
DC/DC恒压输出单元（可选）：如主机系统要求固定电压供电，可以在该系统基础上增加DC/DC模块。如果主机可以接受宽压输入则无需该单元。参考选型：TI公司的LM5176PWPX。
注意事项
输入电源功率必须≥双电池的最大充电功率+设备的最大工作功率，并且考虑DC/DC损耗，输入电源功率应该是两者和的1.2倍。
当只有一个电池时，它可能无法支持最大放电功率。
电池电压输出不是恒定值，当输入电源上电时，VSYS（system power）等于输入电压；当适配器断电时，VSYS电压将等于电池电压。如果主机需要恒压供电，需要在VSYS后面增加DC/DC转换电路。
使用方案二，主机无法主动控制两节电池的放电顺序，充电时同时充电，放电时高压电池将先放电，两个电池可能同时放空，导致系统断电。
使用方案二，智能电池的通信地址相同，主机需要两个或多个SMBUS/I2C接口与电池通信。
注：以上是技术人员有限的技术经验总结，旨在提供多电池的应用建议，不代表承诺或负责。多电池电源管理系统要求设备制造厂商具备一定电源硬件开发能力，根据主机自身实际情况设计。