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        淺談智能化鋰離子電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        作者: 時(shí)間:2013-07-11 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

        3.4系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)

        對(duì)于需要連續(xù)供電的器件應(yīng)選擇較低漏電流的器件。穩(wěn)壓電源選擇TPS71533,運(yùn)算選擇低功耗運(yùn)放。電路設(shè)計(jì)了開啟和關(guān)閉的開關(guān),在不需的狀態(tài)下,采樣電路關(guān)閉,以減少電能的損耗。在上選用低功耗策略。智能電池在充電過(guò)程、給用電器供電、顯示按鍵按下時(shí),MCU工作在Run模式和Wait模式下,其余時(shí)間工作在STOP模式下,MCU工作在STOP模式時(shí),要關(guān)閉電壓、溫度測(cè)量電路以降低電池能耗。從Stop模式進(jìn)入Run模式,需外界條件喚醒。喚醒方式采用顯示按鍵喚醒方式、電流喚醒的方式。當(dāng)顯示按鍵按下時(shí),CPU即由Stop模式進(jìn)入Run模式;當(dāng)有電流流過(guò)采樣電阻時(shí),CPU由Stop模式進(jìn)入Run模式。Run模式下,10分鐘內(nèi)沒有事件發(fā)生,MCU自動(dòng)進(jìn)入Stop模式。

        4系統(tǒng)功能方案及軟件設(shè)計(jì)

        4.1功能方案

        4.1.1電池保護(hù)管理

        智能電池管理電路在電池的使用過(guò)程中,實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的電流、電壓、溫度、容量。智能電池管理系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算,對(duì)鋰離子電池實(shí)現(xiàn)下列保護(hù):

        (1)充電時(shí),當(dāng)總?cè)萘砍^(guò)電池規(guī)定的最大容量,充電過(guò)程中溫升大于3℃/2min,充電溫度≤ -20℃、≥+55℃,向智能化充電機(jī)提供告警信息,并自動(dòng)切斷充電輸入。另外當(dāng)有一個(gè)單體電池電壓超過(guò)4.25V,向智能化充電機(jī)發(fā)出告警信息,并能自動(dòng)切斷充電輸入。

        (2)放電時(shí),智能管理電路通過(guò)對(duì)電壓、電流測(cè)量及上次充電過(guò)程數(shù)據(jù)記錄,防止電池過(guò)放電損壞。當(dāng)智能管理電路發(fā)現(xiàn)電池繼續(xù)放電會(huì)造成過(guò)度放電時(shí)(單體電池電壓≤2.5V),智能電池發(fā)出告警信息并關(guān)閉放電輸出。

        4.1.2溫度管理

        溫度、溫升對(duì)電池的影響是不能忽視的。在使用過(guò)程中異常的溫升需特別對(duì)待,特別是充電過(guò)程中大于3℃/2min的異常溫升需要采取保護(hù)措施。另外溫度對(duì)電池的剩余容量有顯著的影響,溫度是剩余容量計(jì)算、供電時(shí)間預(yù)測(cè)的重要的修正參數(shù)。

        智能電池采用多點(diǎn)測(cè)溫對(duì)電池進(jìn)行溫度管理,識(shí)別電池組溫度,單體電池的異常溫升,環(huán)境溫度巨變。智能電池按以下規(guī)則識(shí)別:

        (1)充電過(guò)程中2個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度值相差不到2℃,連續(xù)的溫度變化率相差不超過(guò)2℃,判別為電池組溫度。其它智能設(shè)備讀取的電池溫度為所有測(cè)溫點(diǎn)的平均值。

        (2)充電過(guò)程中在電池充電容量加上起始剩余容量之和大于70%額定容量時(shí)有一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度變化率超過(guò)3℃/2min,判別為充電異常溫升。

        (3)智能電池被充電喚醒后電池組溫度(平均溫度)變化率超過(guò)3℃/2min需試驗(yàn)確定,判別為環(huán)境溫度巨變。

        智能電池在充電的過(guò)程中,環(huán)境溫度在低于電池溫度-20℃情況下電池組不允許充電,-20℃~+10℃ 不允許大電流充電,+10℃~+55℃允許大電流充電,在+75℃以上不允許充電。

        4.1.3容量的計(jì)算的方法

        容量計(jì)算的基礎(chǔ)是測(cè)量的電流對(duì)時(shí)間的積分,計(jì)算公式為:

        Q=∫i dt

        由于68HC908單片機(jī)內(nèi)部的ADC采用了∑—S方式,轉(zhuǎn)換速度很快,以累加的方式可以實(shí)現(xiàn)精度較高容量計(jì)算。

        4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        智能電池管理系統(tǒng)軟件是被寫入到68HC908的FLASH 中,經(jīng)過(guò)電路處理電池的電流、電壓、溫度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù),根據(jù)這些數(shù)據(jù)結(jié)合電池的特性,完成系統(tǒng)功能方案指定的功能并且可以向與智能電池和電臺(tái)提供相關(guān)電池的信息。軟件的硬件平臺(tái)是68HC908單片機(jī),軟件的開發(fā)平臺(tái)為68HC908集成開發(fā)環(huán)境。程序結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示:

        2.jpg

        另外,智能電池提供統(tǒng)一的智能接口,這些智能的接口可以通過(guò)SMBus1.1協(xié)議進(jìn)行訪問(wèn)。智能充電機(jī)、用電器可以采用相同的總線技術(shù)按照SMBus1.1規(guī)范的協(xié)議簡(jiǎn)單、方便地訪問(wèn)這些接口。智能電池提供的這些接口能滿足用電器及充電機(jī)向系統(tǒng)化、統(tǒng)一化、智能化方向發(fā)展要求。用電器、充電機(jī)通過(guò)讀取這些信息可以知道智能電池制造、使用的全過(guò)程信息及電池當(dāng)前使用的狀況。

        5結(jié)束語(yǔ)

        本文給出了一套智能電池管理系統(tǒng)開發(fā)方案,闡明了管理系統(tǒng)的功能和實(shí)現(xiàn)方法。采用低功耗的設(shè)計(jì)思想,確保電路的自耗電滿足電池存儲(chǔ)的需求。充分利用68HC908系列單片機(jī)豐富的對(duì)外接口功能,利用SMBus總線為用電器和智能化充電機(jī)隨時(shí)提供所需的各種信息。本系統(tǒng)方便了用戶,減少了操作,實(shí)現(xiàn)了智能化、一體化設(shè)計(jì)。

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