鋰電池管理系統的研究與實(shí)現 — 鋰電池管理系統的硬件實(shí)現

1.初始化

雖然初始化階段并未開(kāi)始對電池充電，但卻是整個(gè)充電過(guò)程很重要的一步。智能能源管理模塊在此階段對自身進(jìn)行初始化和自檢，以確定自身是否工作正常，同時(shí)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(shí)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(guò)充電檢測電壓;

2.預充

預充電不是每次都要進(jìn)行，其目的是當電池過(guò)度放電、存放時(shí)間太長(cháng)或電池已經(jīng)損壞，電池端電壓已經(jīng)低于鋰離子電池允許的最低充電壓以下時(shí)，必須以小的電流(約為正常充電電流的1/10)進(jìn)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(gè)充電程序——恒流充電。

預充原理是電源適配器通過(guò)MCU控制向電池施加一個(gè)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(shí)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(guò)預充開(kāi)關(guān)管S1、電阻R4、S3向電池預充的，這時(shí)MCU通過(guò)程序控制放電開(kāi)關(guān)管S3全導通，預充開(kāi)關(guān)管S1做間歇式導通，采用較短的導通時(shí)間及間隔較長(cháng)的關(guān)斷時(shí)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(guān))，然后進(jìn)人下一充電階段——恒流充電;若長(cháng)時(shí)間預充電池端電壓都不能到達最低允許充電電壓，則說(shuō)明電池已損壞，程序進(jìn)人充電禁止狀態(tài)。

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(guò)程序控制充電開(kāi)關(guān)管S2、放電開(kāi)關(guān)管S3全導通，電源適配器通過(guò)充電開(kāi)關(guān)管S2、放電開(kāi)關(guān)管S3向電池組恒流充電。電池電壓將緩慢上升，一般充電時(shí)間為2—3小時(shí)，這時(shí)電池電量達到了滿(mǎn)電量的70%——80%.當單個(gè)電池單元電壓達到所設定的終止電壓時(shí)，恒流充電終止，充電電流快速遞減，充電進(jìn)入保持充電過(guò)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(jìn)行恒流充電一段固定的時(shí)間t，然后關(guān)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(guò)充電終止電壓，在充電回路被切斷后，電池電壓又會(huì )慢慢下降。當電池電壓恢復到充電終止電壓時(shí)，重新打開(kāi)充電回路，仍然對電池以恒流電流值進(jìn)行充電，而后又關(guān)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(huì )被逐漸充滿(mǎn)，電池端電壓下降的速度也逐漸減慢。這一過(guò)程一直持續到電池電壓恢復時(shí)間達到某個(gè)預設的值為止，可以認為電池己接近充滿(mǎn)。