动力锂离子电池管理系统设计方案

是在电池组充电的过程中，当某节电池充电速度较快，电压高于其他电池，系统通过控制开关控制均衡电阻的导通分流，降低电池的充电速度，以达到各节电池均衡充电的目的。

　　2 保护功能的实现

　　对于锂离子电池的保护方法主要有两种：单片机控制和集成电路保护芯片。

　　2.1 IC控制

　　目前可以实现锂离子电池保护功能的芯片很多，国外、台湾、大陆都有很多种芯片可以选择，目前日系理光和精工的方案采用的比较多，方案成熟，外围电路简单，但是价格比较贵。

　　各种保护IC实现的功能相差无几，其保护模式和外部线路也大同小异，在实际应用中可根据需要选择不同IC。选择IC的时候要多方考虑，不同型号的IC的过充电保护电压是不同的，有4.25V也有4.35V的，还有IC的自身功耗、外围电路是否够简单、保护IC的各参数精度是否符合要求，体积是否足够小，都要考虑周到。

　　保护板除了保护功能完善以外，低功耗也是重要的参数。为防止过度放电，保护IC必须检测电池电压，一旦达到过度放电检测电压以下，就必须关断功率MOSFET而截止放电。但此时电池本身仍有自然放电及保护IC的消耗电流存在，因此需要使保护IC消耗的电流降到最低程度，在保护状态时，其静态耗电流必须要小0.1uA。

　　另外动力锂离子电池包工作或充电时瞬间会有高压产生，因此保护IC应满足耐高压的要求。

　　图1是以精工S-8254A为保护IC的4串应用原理图。S-8254 系列内置高精度电压检测电路和延迟电路，是用于3节或4节串联锂离子或者锂聚合物可充电电池保护的IC。通过SEL端子的切换，可用来保护3节或4节串联电池。

图1 S-8254A 4串保护原理图

　　当然目前的电池保护芯片一般最多能保护4节锂离子电池，然而很多应用都需要5节以上的锂离子电池串联工作，比如电动工具、电动自行车和UPS，此时又如何解决呢？如图2所示，该电路可以实现20A/24V的输出功率，以精工S-8254AAV作为控制芯片的一个应用实例，它同时使用两个保护芯片串联在一起，保护8串锂离子电池组，过放保护电压为2.70V±0.080V，过充保护电压为4.250V±0.025V。

图2 8串动力锂离子电池保护电路

　　该电路均衡控制采用R5408芯片，电压测量精度比较高，均衡电流可达1A。

　　2.2 MCU控制

　　现有的一些集成电路保护芯片主要是针对4节电芯以下的电池组的保护，而对于4节以上的电池组可以采用多个单级保护芯片串联的方式或几个多级保护芯片串联的方式。但这种利用多个保护芯片串联的方式对4节电芯以上的电池组进行保护的电路可扩展性差。同时，集成保护芯片往往只针对一种或一类电池的特性，缺乏灵活性，成本往往也比较高。为此，结合锂离子动力电池的充放电特点，许多场合动力锂离子电池保护电路，采用以MCU（微处理器）为核心的设计方案。

　　以微处理器作为各种功能控制的核心，除了对锂离子电池组提供过充、过放、过流保护，有效地对锂离子电池组内各单节锂电的充、放电提供动态均衡、温度保护、短路保护外，同时可以提供如容量预测、通讯、身份识别等功能。

　　3 硬件抗干扰措施

　　动力锂离子电池管理系统作为一个应用系统的一部分，会经常受到各种电磁干扰 ，其实际的工作环境是比较恶劣，有必要在硬件设计和PCB板的布线上采取一定的抗干扰措施。

　　4 其他要求

　　因为电池主要是用来给主应用项目供电，因此要求BMS只有极低的功耗。

　　5 结束语

　　动力锂离子电池组的监控是一个较新的课题，其管理系统将会综合监测保护技术设计思想，具有对电池组进行静止、充电、放电、管理、自动维护等基本功能，达到实用、可靠的使用要求。