一种新型锂电池管理系统的设计与实现

对于充放电过程中动态电流的测量，本文通过使用LEM公司LTSR25-NP电流传感器来实现。此元件是基于霍尔效应的带补偿的闭环多量程电流传感器，通过单极性电压的方式进行供电，拥有良好的测量精度，没有插入损耗，线性度出色，电流过载能力比较好。在摄氏25度以下，其测量精度能够达到±0.2%。其额定电流是25安，最大的可测电流是80安，能够很好地实现系统设计要求。此电流传感器能够将充放电电流变换成0到5伏的电压信号，然后接入到单片机的A/D单元，能够测得充放电电流。

2.3温度采集模块

温度采集模块，是通过美国Dallas半导体公司的DS620可编程智能数字温度传感器实现的。其芯片里含有寄存器、A/D转换器以及接口电路，能够直接把数字信号输出。其和单片机的接口电路比较简单，传输距离长，控制功能好，对外界的抗干扰能力强，尤其适用于低功耗的微型温度测量系统。该DS620数字温度传感器，能够提供1.7至3.5伏的低电压温度测量，在0到70摄氏度的环境中，测量精度可达到±0.5摄氏度，传感器可以工作的范围为零下55到零上125摄氏度之间。可以应用在分布式的传感系统中，进行多点的连接，一条总线可以同时连接8个DS620同时工作。本文通过SPCE061A的IOA2及IOA3接口，模拟I2C总线，进行和DS620的通信。

2.4均衡模块

实施对串联连接的蓄电池组充电时，因为电池组里的各单元化学特性的差异，如果一些单元电池充满电，但另一些单元电池却还没有充电完毕，这就会发生被充满电的电池单元产生过充电现象，这就会对蓄电池影响很大。与此相反，如果那些蓄电池不能长期充足电，及会增加内阻，降低蓄电池的容量，导致蓄电池的容易损坏。解决蓄电池在充电过程中的一些充电不足及过充问题的一个最有效的方法，就是实施对电池均衡充电，让所有的电池均可以达到均衡一致状态。本电池管理系统所采用的均衡方案，即采用双向可逆DC/DC动态均衡方法的原理，通过DC/DC开关电源，在充放电过程中依据检测到的各单体电池的电压值，进行对需充电的单节电池动态均衡充电，用电池组的电量对该节电池实施额外的均衡充电。DC/DC开关电源使用的是新星的DOM-24D15S5芯片，其输入电压是18至36伏之间，输出电压为4.6至5.5伏之间。

2.5充电模块

当前，大部分的充电曲线为恒压与恒流充电曲线的组合。锂电池在充电后期，基于确保电池安全的考虑，电池充电需要采用恒压充电的方式。普通充电的方法把蓄电池的充电过程分成3个部分，即：预充、恒流及恒压，其原理和控制过程比较简单，在充电的初期阶段，充电速度较快，充电效率较高。然而，这种充电的方式引起的热量非常大。为了解决这个问题，本文通过把预充及恒压充电变成间歇充电的方式，恒流充电的方式借助于充电电源适配器的限流控制。间歇式充电的时序图如图3所示。

当锂离子电池组进行充电时，如果该电池组安装有电池管理系统，则必须要外接一个能和其匹配的恒压限流型的电源适配器。计算恒压值U表达式是：U=4.2*N+损耗电压；在上式中，N表示电池的节数，而损耗电压是通过实验获得。在本系统中，采用的锂电池是深圳雷天公司的TS-LCP50AHA型，该型电池的限流值Ic是0至0.5C之间，C表示电池容量。在计算时，取TS-LCP50AHA型电池的最佳充电电流0.3C。对电池进行充电之前，一定要先实施系统的初始化，接着在以预充、恒流充电及恒压充电这3个步骤进行电池的充电。

3结束语

综上所述，本文设计并实现了一种新型的锂离子电池管理系统，详细介绍了系统的硬件设计方案及各个功能模块的详细设计。在试验过程中，本系统运行比较正常，各项技术指标，如单电池电压测量，总电流，总电压，温度测量等方面都符合要求，系统具有较好的可靠性和实用性。