低功耗鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了滿足微功耗面應(yīng)用，提高安全功能，提出了超低功耗鋰電池處理系統(tǒng)的規(guī)劃方案。本方案選擇雙向高端微電流檢測(cè)電路，結(jié)合開路電壓和電荷積分算法完成電量檢測(cè)。選擇紐扣電池代替DC/DC降壓電路，降低最大功耗。該系統(tǒng)具有基極保護(hù)、剩余功率檢測(cè)、缺陷記錄等功能。鋰電池處理系統(tǒng)在表面表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和可靠性，工作電流均勻僅為145 A。

 

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器儀表的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，電池電源已成為重要的選擇。電池處理系統(tǒng)是電池安全運(yùn)行的有力保證。目前的電池處理系統(tǒng)大多計(jì)劃使用大容量電池組和較短的電池壽命。這種處理系統(tǒng)所服務(wù)的器件功耗高，電池周期短，處理系統(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，需要在低溫下連續(xù)工作6個(gè)月以上。為了滿足本項(xiàng)目的應(yīng)用，本文介紹了一種低溫智能鋰電池處理系統(tǒng)的規(guī)劃方案。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，滿足規(guī)劃要求。

 

1. 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

 

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

 

圖1低溫鋰電池處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 

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。

 

低溫電池組的附加電壓為14.8v，由4個(gè)電池串聯(lián)而成，每個(gè)電池包含8個(gè)單體電池。正常工作電壓2.5v ~ 4.2v。每個(gè)采集周期采集每組電池的電壓，處理器根據(jù)電壓對(duì)保護(hù)實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)行指令，并執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。均衡電路的末端是一個(gè)單片微型計(jì)算機(jī)和一個(gè)晶體管，而不是一個(gè)專用的均衡芯片。系統(tǒng)記錄存儲(chǔ)裝置中電壓、電流、溫度、電池壽命、剩余電量等異常信息的最大值。處理器提供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。為了避免充電過(guò)程中單片機(jī)崩潰，保護(hù)失效。新增二次保護(hù)電路。若電壓超過(guò)預(yù)置值，則啟動(dòng)二次保護(hù)電路對(duì)三端熔斷器進(jìn)行熔斷，防止事故的發(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是充電控制開關(guān)，DISCH是放電控制開關(guān)。通過(guò)控制CH和DISCH可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，如圖2電路圖所示。

 

保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)

 

圖2保護(hù)實(shí)現(xiàn)電路

 

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)打開時(shí)。當(dāng)放電過(guò)流或過(guò)放電發(fā)生時(shí)，DISCH設(shè)置為高電平。此時(shí)，Q2斷開，通過(guò)Q3靈敏地放電M2柵電容的電荷，使M2瞬間閉合，保護(hù)結(jié)束。當(dāng)有充電流時(shí)，可將CH調(diào)至高電平，關(guān)閉M1。電路的MOSFET選擇IRF4310, MOSFET的導(dǎo)通電阻是只有7 kΩ,流可以高達(dá)140。