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超低功耗的锂电池管理系统电路设计

作者:dolphin时间:2018-07-26

概述:
为了满足某微功耗仪表的应用,提高安全性能,提出了一种超低功耗锂电池管理系统的设计方案。该方案采用双向高端微电流检测电路,结合开路电压和电荷积分算法实现电量检测。采用纽扣电池代 替DC/DC降压电路最大程度降低功耗。系统实现了基本保护、剩余电量检测、故障记录等功能。该锂电池管理系统在仪表上进行验证,结果表明具有良好的稳定性和可靠性,平均工作电流仅145μA。


随 着电子技术的快速发展,仪器仪表的应用领域不断拓宽,电池供电成为了重要的选择。电池管理系统是电池使用安全性的有效保障。目前的电池管理系统大多为大容 量电池组、短续航时间的应用而设计,这种管理系统服务的设备功耗大,电池的循环时间短,管理系统自身的功耗也不低,不适合在低功耗仪表场上使用。某燃气远 程监控仪表,平均系统电流仅为几毫安,要求在低温下连续运行6个月以上,为了满足该工程的应用,本文介绍了一种低温智能锂电池管理系统的设计方案,对 20Ah 4串8并的32节单体电芯进行管理。具有基本保护、电量计量、充电均衡和故障记录功能。实验验证该系统各项功能性能良好,达到了设计要求。

1 系统的总体结构
低温锂电池管理系统主要由基本保护电路、电量计、均衡电路、二级保护等几个部分组成,如图1所示。

图1 低温锂电池管理系统结构
基 于低功耗的考虑,设计中采用了许多低功耗器件,如处理器采用MSP430FG439低功耗单片机;电压基准采用REF3325,该基准电源的功耗极低仅 3.9μA;运放用了工作电流仅1.5μA的LT1495;数字电位器采用了静态电流低至50nA的AD5165等。对工作电流较大的间歇性工作电路增加 了电源管理电路,以降低能耗。


低温电池组的额定电压为14.8V,由4组电芯串联而成,每组电芯包含8节单体电 芯,正常的工作电压为2.5~4.2V。每个采集周期采集各组电芯的电压,处理器根据电压大小给保护执行电路发出指令,执行相应的保护动作。均衡电路用单 片机和三极管实现,代替了均衡专用芯片。系统会把电压电流和温度的最值、电池已使用的时间、剩余电量和其他异常信息记录在存储设备内。处理器提供了TTL 通信接口,现场的计算机可以通过一个TTLRS232转换模块读取存储设备中的日志。充电过程中为了防止MCU死机等异常而出现保护失效。增加了二级保护 电路,若电压超出预设值,将会启动二级保护电路,熔断三端保险丝,阻止事故的发生。
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