低功耗锂离子电池管理系统的设计

摘要介绍了一种低温智能锂离子电池处理系统的规划方法，该系统由32个20Ah4系列、8个并联的单体组成。本方法具有底座保护、功率计量、充电平衡、缺陷记录等功能。实验表明，该系统功能完善，满足规划要求。

目前的电池处理系统多针对大容量电池组和电池寿命短的应用进行规划。本加工系统为高功耗设备服务，电池周期短，加工系统本身的功耗不低，不适合在低功耗的表面应用。在气体的远程监测表面，均匀系统的电流只有几毫安，要在低温下持续工作6个月以上。为了满足本项目的应用，本文介绍了一种低温智能锂离子电池处理系统的规划方法。具有底座保护、电量测量、充电平衡、缺陷记录等功能。实验表明，该系统功能完善，满足规划要求。

1.系统的整体结构

低温磷酸铁锂电池3.2V 20A -20℃充电，-40℃ 3C放电容量≥70%

充电温度：-20~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃支持最大放电倍率：3C
-40℃ 3C放电容量保持率≥70%

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低温锂离子电池处理系统重要由基极保护电路、电量计、平衡电路和二次保护组成，如图1所示。

根据低功耗的考虑，在规划中选择了很多低功耗的器件，如MSP430FG439低功耗单片机作为处理器。参考电压为REF3325，功耗极低，仅3.9db;运放使用LT1495，工作电流仅1.5a;数字电位器采用AD5165，静态电流低至50nA。在间歇式运行电路中加入功率处理电路，运行电流大，降低了能耗。低温电池组的额定电压为14.8v，由4个电池串联而成，每个电池有8个单体电池。正常工作电压为2.5-4.2v。

每个采集周期采集每组电池的电压，处理器根据该电压向保护电路发出指令，并执行相应的保护动作。均衡电路由单片机和三极管代替均衡专用芯片实现。系统记录存储设备中最大电压、电流、温度、电池使用时间、剩余电量等异常信息。处理器供应TTL通信接口，现场计算机通过TTLRS232转换模块读取存储设备中的日志。为了防止单片机在充电过程中出现崩溃等异常情况，出现保护故障。新增二次保护电路，若电压超过预置值，将启动二次保护电路，熔断三端保险丝，阻碍故障的发生。

2硬件规划

2.1保护实现电路

低温高能量密度18650 3350mAh -40℃ 0.5C放电容量≥60%

充电温度：0~45℃
放电温度：-40~+55℃
比能量：240Wh/kg
-40℃放电容量保持率：0.5C放电容量≥60%

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保护执行电路是保护动作的执行机构，CH是充电控制开关，DISCH是放电控制开关，通过控制CH和DISCH进行相应的保护动作，如图2电路图所示。

CH和DISCH在正常运行时被设置为低电平，当M1和M2同时打开时。当出现放电过流或过放电情况时，将DISCH设为高电平，断开Q2，进行Q3。对M2栅电容进行电荷敏感放电，使M2瞬间闭合，保护结束。当出现充电过流或过充情况时，将CH调至高电平，并关闭M1。MOSFET电路选择IRF4310,MOSFET的导通电阻是只有7k,流量高达140。

2.2平衡电路和二次保护

图3(a)所示为一组电池充电平衡电路的原理图，该电路由四个单元串联而成。ADV端电压由单片机采集，得到这组电池的电压。充电过程中，假如充电电压超过4.2v,MCU控制脚的BLA设置为高电平。此时，这组电池短路，充电电流通过R4向其他组电池充电，从而保证了每组电池充电后的电具有良好的一致性。二次保护是不可逆的，只有在发生重大危险时才能启动。