鋰電池管理系統的研究與實現 — 鋰電池管理系統的硬件實現

1.初始化

雖然初始化階段并未開始對電池充電，但卻是整個充電過程很重要的一步。智能能源管理模塊在此階段對自身進行初始化和自檢，以確定自身是否工作正常，同時檢測充電條件是否符合充電要求：

(1)外接充電電源極性是否正確;

(2)外接充電電壓是否在規定范圍內;

(3)當時溫度是否在允許范圍內;

(4)鋰離子電池端電壓(各單體)是否在允許的最低充電電壓以上;

(5)鋰離子電池端電壓(各單元)是否高于過充電檢測電壓;

2.預充

預充電不是每次都要進行，其目的是當電池過度放電、存放時間太長或電池已經損壞，電池端電壓已經低于鋰離子電池允許的最低充電壓以下時，必須以小的電流(約為正常充電電流的1/10)進行預充，使鋰離子電池端電壓上升到最低允許充電電壓以上，才能轉為下一個充電程序——恒流充電。

預充原理是電源適配器通過MCU控制向電池施加一個比較小的充電電流(約為正常充電電流的1/10)，使得低于允許的最低充電壓以下的電池在固定的時間內達到最低允許充電電壓值，避免將深度放電的電池認為是不可充的電池。

如圖3-8所示，本模塊的預充是電源適配器通過預充開關管S1、電阻R4、S3向電池預充的，這時MCU通過程序控制放電開關管S3全導通，預充開關管S1做間歇式導通，采用較短的導通時間及間隔較長的關斷時間(等效平均電流較小)向電池預充，直至電池的端電壓上升到鋰離子電池允許的最低充電電壓(2.5——2.7V之間，與溫度有關)，然后進人下一充電階段——恒流充電;若長時間預充電池端電壓都不能到達最低允許充電電壓，則說明電池已損壞，程序進人充電禁止狀態。

3.恒流充電

本電池管理系統對鋰電池恒流充電要求外置充電電源是恒流的，其恒流值應小于鋰離子電池的最大允許充電電流，本系統定為0.3 C.MCU通過程序控制充電開關管S2、放電開關管S3全導通，電源適配器通過充電開關管S2、放電開關管S3向電池組恒流充電。電池電壓將緩慢上升，一般充電時間為2—3小時，這時電池電量達到了滿電量的70%——80%.當單個電池單元電壓達到所設定的終止電壓時，恒流充電終止，充電電流快速遞減，充電進入保持充電過程。

4.保持充電

本電池管理系統在保持充電階段采用脈沖充電方式，在這一階段中，脈沖充電方式以與恒流充電階段相同的電流值間歇性的對電池進行恒流充電一段固定的時間t，然后關閉充電回路。由于充電電流的存在，電池電壓將繼續上升超過充電終止電壓，在充電回路被切斷后，電池電壓又會慢慢下降。當電池電壓恢復到充電終止電壓時，重新打開充電回路，仍然對電池以恒流電流值進行充電，而后又關閉充電回路等待電池電壓的下降。在脈沖充電電流的作用下，電池會被逐漸充滿，電池端電壓下降的速度也逐漸減慢。這一過程一直持續到電池電壓恢復時間達到某個預設的值為止，可以認為電池己接近充滿。