低功耗鋰離子電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要介紹了一種低溫智能鋰離子電池處理系統(tǒng)的規(guī)劃方法，該系統(tǒng)由32個(gè)20Ah4系列、8個(gè)并聯(lián)的單體組成。本方法具有底座保護(hù)、功率計(jì)量、充電平衡、缺陷記錄等功能。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)功能完善，滿(mǎn)足規(guī)劃要求。

目前的電池處理系統(tǒng)多針對(duì)大容量電池組和電池壽命短的應(yīng)用進(jìn)行規(guī)劃。本加工系統(tǒng)為高功耗設(shè)備服務(wù)，電池周期短，加工系統(tǒng)本身的功耗不低，不適合在低功耗的表面應(yīng)用。在氣體的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)表面，均勻系統(tǒng)的電流只有幾毫安，要在低溫下持續(xù)工作6個(gè)月以上。為了滿(mǎn)足本項(xiàng)目的應(yīng)用，本文介紹了一種低溫智能鋰離子電池處理系統(tǒng)的規(guī)劃方法。具有底座保護(hù)、電量測(cè)量、充電平衡、缺陷記錄等功能。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)功能完善，滿(mǎn)足規(guī)劃要求。

1.系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

低溫鋰離子電池處理系統(tǒng)重要由基極保護(hù)電路、電量計(jì)、平衡電路和二次保護(hù)組成，如圖1所示。

根據(jù)低功耗的考慮，在規(guī)劃中選擇了很多低功耗的器件，如MSP430FG439低功耗單片機(jī)作為處理器。參考電壓為REF3325，功耗極低，僅3.9db;運(yùn)放使用LT1495，工作電流僅1.5a;數(shù)字電位器采用AD5165，靜態(tài)電流低至50nA。在間歇式運(yùn)行電路中加入功率處理電路，運(yùn)行電流大，降低了能耗。低溫電池組的額定電壓為14.8v，由4個(gè)電池串聯(lián)而成，每個(gè)電池有8個(gè)單體電池。正常工作電壓為2.5-4.2v。

每個(gè)采集周期采集每組電池的電壓，處理器根據(jù)該電壓向保護(hù)電路發(fā)出指令，并執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。均衡電路由單片機(jī)和三極管代替均衡專(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)記錄存儲(chǔ)設(shè)備中最大電壓、電流、溫度、電池使用時(shí)間、剩余電量等異常信息。處理器供應(yīng)TTL通信接口，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)通過(guò)TTLRS232轉(zhuǎn)換模塊讀取存儲(chǔ)設(shè)備中的日志。為了防止單片機(jī)在充電過(guò)程中出現(xiàn)崩潰等異常情況，出現(xiàn)保護(hù)故障。新增二次保護(hù)電路，若電壓超過(guò)預(yù)置值，將啟動(dòng)二次保護(hù)電路，熔斷三端保險(xiǎn)絲，阻礙故障的發(fā)生。

2硬件規(guī)劃

2.1保護(hù)實(shí)現(xiàn)電路

保護(hù)執(zhí)行電路是保護(hù)動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，CH是充電控制開(kāi)關(guān)，DISCH是放電控制開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制CH和DISCH進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，如圖2電路圖所示。

CH和DISCH在正常運(yùn)行時(shí)被設(shè)置為低電平，當(dāng)M1和M2同時(shí)打開(kāi)時(shí)。當(dāng)出現(xiàn)放電過(guò)流或過(guò)放電情況時(shí)，將DISCH設(shè)為高電平，斷開(kāi)Q2，進(jìn)行Q3。對(duì)M2柵電容進(jìn)行電荷敏感放電，使M2瞬間閉合，保護(hù)結(jié)束。當(dāng)出現(xiàn)充電過(guò)流或過(guò)充情況時(shí)，將CH調(diào)至高電平，并關(guān)閉M1。MOSFET電路選擇IRF4310,MOSFET的導(dǎo)通電阻是只有7k,流量高達(dá)140。

2.2平衡電路和二次保護(hù)

圖3(a)所示為一組電池充電平衡電路的原理圖，該電路由四個(gè)單元串聯(lián)而成。ADV端電壓由單片機(jī)采集，得到這組電池的電壓。充電過(guò)程中，假如充電電壓超過(guò)4.2v,MCU控制腳的BLA設(shè)置為高電平。此時(shí)，這組電池短路，充電電流通過(guò)R4向其他組電池充電，從而保證了每組電池充電后的電具有良好的一致性。二次保護(hù)是不可逆的，只有在發(fā)生重大危險(xiǎn)時(shí)才能啟動(dòng)。