低功耗鋰離子電池管理系統的設計

摘要介紹了一種低溫智能鋰離子電池處理系統的規劃方法，該系統由32個20Ah4系列、8個并聯的單體組成。本方法具有底座保護、功率計量、充電平衡、缺陷記錄等功能。實驗表明，該系統功能完善，滿足規劃要求。

目前的電池處理系統多針對大容量電池組和電池壽命短的應用進行規劃。本加工系統為高功耗設備服務，電池周期短，加工系統本身的功耗不低，不適合在低功耗的表面應用。在氣體的遠程監測表面，均勻系統的電流只有幾毫安，要在低溫下持續工作6個月以上。為了滿足本項目的應用，本文介紹了一種低溫智能鋰離子電池處理系統的規劃方法。具有底座保護、電量測量、充電平衡、缺陷記錄等功能。實驗表明，該系統功能完善，滿足規劃要求。

1.系統的整體結構

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

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

每個采集周期采集每組電池的電壓，處理器根據該電壓向保護電路發出指令，并執行相應的保護動作。均衡電路由單片機和三極管代替均衡專用芯片實現。系統記錄存儲設備中最大電壓、電流、溫度、電池使用時間、剩余電量等異常信息。處理器供應TTL通信接口，現場計算機通過TTLRS232轉換模塊讀取存儲設備中的日志。為了防止單片機在充電過程中出現崩潰等異常情況，出現保護故障。新增二次保護電路，若電壓超過預置值，將啟動二次保護電路，熔斷三端保險絲，阻礙故障的發生。

2硬件規劃

2.1保護實現電路

保護執行電路是保護動作的執行機構，CH是充電控制開關，DISCH是放電控制開關，通過控制CH和DISCH進行相應的保護動作，如圖2電路圖所示。

CH和DISCH在正常運行時被設置為低電平，當M1和M2同時打開時。當出現放電過流或過放電情況時，將DISCH設為高電平，斷開Q2，進行Q3。對M2柵電容進行電荷敏感放電，使M2瞬間閉合，保護結束。當出現充電過流或過充情況時，將CH調至高電平，并關閉M1。MOSFET電路選擇IRF4310,MOSFET的導通電阻是只有7k,流量高達140。

2.2平衡電路和二次保護

圖3(a)所示為一組電池充電平衡電路的原理圖，該電路由四個單元串聯而成。ADV端電壓由單片機采集，得到這組電池的電壓。充電過程中，假如充電電壓超過4.2v,MCU控制腳的BLA設置為高電平。此時，這組電池短路，充電電流通過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。二次保護是不可逆的，只有在發生重大危險時才能啟動。