锂离子电池充电器智能管理系统的设计

锂离子智能充电器设计

电子设计

文章编号:1008-0570(2010)08-2-0158-03

《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2010年第26卷第8-2期

锂离子电池充电器智能管理系统的设计

ThedesignofLithium-IonBatteryChargerIntelligentManagementSystem

(中国海洋大学)

刘云鹏郑冰

LIUYun-pengZHENGBing

摘要:锂电池具有体积小、质量轻、寿命长、能量密度高等优点。为了对锂电池安全、可靠、快速、高效地充电,应该对充电器

的智能化,稳定化,安全化和高效化提出更高的要求。本文主要介绍了适应锂离子电池的充电控制技术和设计高智能型的充电管理芯片,以及充放电过程中的均衡性,这些都适用于大功率锂离子电池。关键词:锂离子电池;智能管理系统;均衡性中图分类号:TN715文献标识码:A

技术创新

Abstract:Lithiumbatterieshaveadvantagesofsmall,lightweight,longlifeandhighenergydensity.Inordertolithiumbatteriessafe,reliable,fast,efficientcharging,thechargershoulddemandmoreintelligent,stable,enhancingsafetyandefficiencyofhigher.Thispaperdescribesthelithium-ionbatterychargecontroltechnologyanddesignofhighintelligentchargemanagementchip,andthebalanceincharge-dischargeprocess,whichareapplicabletohigh-powerlithium-ionbattery.Keywords:Lithiumbatteries;IntelligentManagementSystem;balance

1前言

利用单片机系统和开关电源相结合,我们就可以构造出一个智能化的锂离子/锂聚合物电池智能管理系统。开关电源主功率回路负责将电能转化成电池充电所需要的形式,同时应尽量提高效率,减小电压电流纹波。单片机系统负责控制整个系统的运行,包括充电机参考电压电流值的给定,充电完毕或者保护状态时充电机的关闭,根据电池电压、充电电流、温度等各种参数来智能监测电池充电状态和实现对电池的一系列保护功能。

整个智能管理系统分为两大部分:充电机和电池组。充电机主要包括了主功率回路和一部分的电源控制电路:而电池组部分则包括电池、检测电路和单片机控制电路。这两部分通过接口互相连接,能量从充电机传往电池组,而控制信号一部分控制电池组的充放电回路的开通与关断,另一部分则从电池组发送到充电机,控制充电机的启动关闭和输出恒压恒流值。图1.1为整个系统的大致框图。

功率回路

电池

电压检测电流检测

异常信号报警显示

外部控制

温度检测

常情况下,电池的过压,过流以及温度过高等现象,及时采取保护措施,同时发出报警信号及显示报警原因。外部控制可以预置恒压恒流参考值,也可以对充放电过程进行人工干预。

2充电器硬件设计的详细原理图以

其设计说明

本文主要对监测电路和充电控制电路进行重点分析和介绍。2.1以DS2762为核心锂离子电池监测电路

Maxim公司生产的DS2762锂离子电池芯片,可实时监测锂离子电池的电压,电流、充放电状况及剩余电量等参数,并可以把这些数据储存起来提供给单片机作相应处理。

以DS2762为核心设计的智能锂离子电池监测系统的硬件结构如图2.1所示。智能锂离子电池监测系统由DS2762锂离子电池监测芯片、51系列单片机和液晶显示模块组成。

电源控制芯片

单

片机

充电机部分电池组部分

1.1智能管理系统框图

图1.1充电机部分中功率回路即为开关电源它负责给电池进行充电电源控制芯片接受从单片机传来的恒压恒流参考等控制信号,结合功率回路输出的电压电流反馈,实现电路在不同要求下的正确输出。电池组部分中,单片机通过电压检测、电流检测和温度检测等电路,实时的了解电池所处的状态,确定电池是否需要充电,充电方式为恒流还是恒压,何时应该结束充电过程,电池是否有过温现象的发生等等另外,单片机还必须检测异

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图2.1以DS2762为核心设计的智能锂离子

电池监测系统的硬件结构

(1)DS2762锂离子电池监测芯片

DS2762主要完成对锂离子电池当前状态的监测,包括当前锂离子电池的充放电状态以及电压、电流、温度、剩余电量等参数的监测。同时,它还能自动采集这些数据,并将其放在存储器中。场效应管FET1、FET2等构成了DS2762的充放电保护回路,以实现过压、欠压、过流以及短路等保护功能。

(2)8051单片机

通过8051单片机可以按照需要对放在存储器中的锂离子

现场总线技术应用200例》

锂离子智能充电器设计

电子设计

MAX846A最典型的应用就是作为一个独立的限压电流源为锂离子电池充电,如图2.2所示,因为其内部有一个精度为0.5%的基准源,可以保证锂离子电池充电电压精度的要求.独立的电压、电流调节回路用于控制外部PNP晶体管(或P沟道MOSFET).采用MAX846A可简化充电器的设计。

电池的相应参数进行读取和处理,然后送往液晶显示模块进行显示。由于存放这些参数的E2PROM具有非易失性,所以智能锂离子电池监测系统具有掉电保护功能。8051单片机是整个系统的控制处理中心,由于大量的工作均由单片机来完成,因而明显地降低了该系统的硬件复杂度。

(3)液晶显示模块

液晶显示模块可用来显示用户需要了解的锂离子电池的当前状态信息,以便用户可根据这些信息进行相应的处理。实际上液晶显示模块只接受单片机的控制和访问。

(4)工作方式的监测

若要检测锂离子电池在使用过程中处于何种工作方式,可利用DS2762中电流寄存器的值来进行判断。单片机每隔88ms检测一次锂离子电池的电压,并将IS1和IS2两端的压差(VIS=VIS1-VIS2)转换成电流并存入电流寄存器。

(5)电压和温度的测量

DS2762芯片内部集成了A/D转换器和数字温度传感器,因此,要获得锂离子电池的电压,温度等参数时,监测系统通过单片机对DS2762发出采集锂离子电池的电压、温度的控制命令,并

温度的测量值存入待其采样完毕后自动将锂离子电池的电压、

相对应的寄存器中,最后再由单片机读取寄存器的内容。(6)剩余电量的检测

DS2762可利用片内电流累加寄存器中的值来计算锂离子电池的剩余电量。电流累加寄存器的值是由DS2762实时自动

通常测量锂离子电池的电流后得到的,因而无须对其进行控制。

在锂离子电池充电时,该值增加;锂离子电池放电时该值减小。这样,通过单片机读取此值即可获得锂离子电池的剩余电量。

2.2以MAX846A为核心锂离子电池充电控制电路MAX846A的内部结构

Maxin公司生产的MAX846A是一种低成本、多功能的电池充电控制器,采用16引脚的QSOP封装形式,可对锂离子电池、镍氢电池、镉镍电池进行充电。

低压差MAX846A多功能电池充电控制器由3.3V高精度、

线性稳压电源以及高精度电压基准源、电压电流调节器三部分构成。线性稳压电源的输出电压VL为基准电压的两倍,可为外部负载提供20mA的电流。低压差线性稳压电源具有短路保护功能,PWROK为微控制器提供复位信号并可控制锂离子电池的充电电流。

高精度电压基准源为锂离子电池提供精确的浮充电压,它与一个精度为2%的20KΩ电阻相连接,使浮充电压可通过一外部电阻进行设置。外部电阻应具有1%的精度,因为外部电阻直接影响浮充电压的精度,而浮充电压的精度直接对锂离子电池的寿命及容量产生影响。

电压电流调节器由高精度衰减器、电压环路、电流检测放大器组成。通过对 …… 此处隐藏：6062字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……