锂电池组充放电安全保护电路设计

锂电池组充放电安全保护电路设计

阳征鹏

深圳市鸿泰安全技术有限公司广东深圳518000

摘要：随着手持设备越来越多的被使用，电子产品业越来越多地进入到人们的生活之中，而锂离子电池技术是大多数便携式设备的重点研究对象。在锂离子电池应用领域，锂电池安全其中的重点。只有切实关注锂电子组的充放电技术，如锂离子电池的充电和保护的发展等，才能够提高人们在使用过程中的安全性。本文通过对微控制器采用强逻辑，同时对多个锂离子电池进行恒流负载监测，对锂离子电池性能和锂离子电池的状态进行监测充电和浪涌保护，希望对促进锂电子电池的性能做出积极贡献，

关键词：锂离子；充放电安全；保护电路

引言

锂离子电池兴始于1958年，在70年代初到80年代，锂离子电池得到了相当多的研究和开发。随着科技和社会的发展进步，以及手机、笔记本电脑、播放器便携式设备、手持计算机、游戏机、数码相机等的出现和发展，对于电池的需求与日俱增。首先在市场上推广的是镍镉电池、碱性锰锂离子，然后是衰减锂离子电池、锂离子电池和锂聚合物电池，而便携式设备锂电池是应用最广泛的电池，其体积小、性能高、重量轻、无污染、记忆效果好，绿色环保、较长使用寿命等优点，为人们所青睐。

1.锂离子电池的性能

近年来，便携式电子产品的快速发展，推动了电池技术的现代化。锂电子电池具有高能量密度、高耐久性、高电池电压、高循环、低自放电等特点，锂离子作为电池，迅速成为主流。据统计，笔记本电脑和手机、锂离子电池市场占有率分别为80%和60%。日本经济研究所预测，镍铬电池和镍氢电池在传统市场上的占有率正在被锂电子电池以每年1%的速度所占有。

虽然锂离子电池的上述优点具有良好的应用前景，但是必须保证锂电子电池在充放电过程中具有极高的保护水平，在放电时应避免出现漏电现象。放电量应保证不太大，在正常情况下，放电不应超过规定的要求。锂电池在充电和放电循环中，锂离子电池的电池和电压之间的充电温度是否稳定关系着其安全性能。如果超过了电池电压或制造商的支持范围的温度，就有可能引发安全问题。设置允许电压在合理电压范围内，并且温度范围为2.5到50摄氏度。在深度充放电情况下，充电器、电池、预充电程序在电池的充电状态中快速地进行，对电池制造商制造电池性能提出了更高的要求。根据调查，应建议迅速进行充电。通常充电器处在恒流环境中，电池电压缓慢上升。而当电池电压达到当前额定的电压时，在加载过程中，电流迅速消失直至满载。放电是在充电充分的前提下，电流逐步衰减，直到或更少的电流流出，放电过程完全减速。随着时间的推迟时，充电器的传输上部全部关闭，充电器的电池降到最小，由动力电池输出。在顶部经过一段时间后，关闭加载过程。

2.锂电池组充电保护电路硬件设计

平行加载，即所有单个单元彼此独立地并行加载，当加载满（4.2V）时，加载完成。根据锂电池统框图，LPC768单片机通过四个控制位顺序选通。锂电池充电监控是依次计算的，微控制器停止扫描，收集电压和电流信息，并通过控制每个模拟开关的断开程度来比较参考电压和电流，以确保充电过程以恒定电流和电压模式进行【1】。

微控制器CPU通过模拟多路复用器（CD4067）检测电池两端的电压，从V0到V9，包括50mΩ检测电阻的电压下降和线路衰减，流过电池的电流从I0到I9收集。控制信号被发送到C0到C9以控制传导程度，从而实现电池的恒定电流和恒定电压充电。如果电池两端的电压低于4.2V，则控制FET以保持2A的恒定电流负载。当电池电压在控制额度附近时，为了保持恒定的电压通道进行充电，要进行交替采样和调整。一般来说，锂离子电池的安全要求只有2.4伏电压，误差也不那么准确。考虑到最大性能和放电保护，也应相应推迟放电。当电池和电池电压处于较多保护放电时，要关闭电池以防出现电池充放电事故。如果放电的电量过多，则应进行保护并关闭，蓄电池的功率是指保护电流的大小，可根据负载的大小进行调整。需要注意由于大功率负载和故障保护不需要通过不同的电流放电保护时间，整个锂离子电池组的内部安全保护，也可以通过阀值由内部压力、外部热敏电阻和高温保护。

3.充放电管理电路原理

电流控制电路将电流系统的功率作为一个整体来限制，包括放电电流和充电电流。如果发现超过电流限制的部分将通过减少当前实施的电路管理范围，增强充电器在电流感应，保证电流输入源（适配器或其他直流）必须是可控的。防止出现最大负载电流，是目前最需要解决的问题。这对于锂电池来讲增加了成本，增加了功率和必要的限制。对于直流充电器的研究是一个很好的例子。应该注意的是，电阻增加了充电器功率和低效率之间的联系。电压通常选择较小的反向状态，但如果电阻过小，不能展示具有放大内部偏置的电压电流的作用，所以针对电流测量的准确性，应考虑选择合适的电阻【2】。

4.锂电池组充放电安全保护电路参数的设定

4.1电池电压

引脚连接到外部电阻电位器，耐1%或更高精度的电池充电，电池电压取决于电池制造商特定参数的化学和内部结构，由CE电压（VREF）之间的关系确定。从而确保科学合理的锂电池组电压，以保证充放电的安全进行。

4.2电感的选择

电感的选择与电流息息相关，如果电流选择小，且电感的物理尺寸相同，则电感电阻和电感的大小和对应的数量通常较小。其形成的规则是平常的30到50%。根据相关的实验验证，其电流和直流电流比有非常大的不同，因此有必要针对电感进行科学合理的选择，从而确保锂电池组充放电安全进行。

4.3合理设置充电时间

对锂电池组充放电时间的设定，包括四个定时设置快速加载充满电和达到最高电压的时间。锂电池组外部容量在充电超时过程中被完全充电。外部电容器开始快速地计时。通常是预充电加载7.5分钟，快速充电时间为90分钟，充电时间为90分钟，加载时间为45分钟以上。

4.4过度放电

锂电池组有四个a/d接口来监控外部电源、电压、负载和温度。在工作中，每隔20毫秒就有一个外部电源——a/d转换外部电源电压，进行读取。一旦外部电源低于值，LPC767打开和支持Q1，电池的变化、电池的LPC767.P78每秒电压、负载和温度确定电池充电。如果电池组在调节电压值和外部电压以及相同的条件下，则打开MAX1758为电池充电并为电池充电。当电池给负载供电时，电池电压低于安全放电值（每个电池电压低于2.4V），P87LPC767立即关断Q1，防止过放电和负载等MAX1758外设电路关闭，转动切换到节能模式以节省电量并等到外部电源电压恢复正常后再重新启动。如果检测到负载电压太低，则认为是电流过载，并且立即关闭负载，并且切换低功率操作模式以等待外部唤醒。通过这种方式，P87LPC767可以保护电池和负载电路的安全性，使器件在外部电源不稳定的环境中长时间保持稳定【3】。

结论

锂电池的安全保护电路需要进行重点研究，由于它装有充电器的微控制器核心控制单元，通过模拟多路复用器，监控锂离子电池充电状态的顺序，进行路径的扫描，发现过度充电和过载电流时，要及时停止充电。根据具体的情况，定期调整每个异常情况的电池，以确保充电过程的安全性、平稳性和可靠性。通过使用数据分析程序，根据结果确定程序使充放电电路设计达到预期的效果，完成锂电池组充放电安全保护电路设计。

参考文献：

[1]潘靖.锂电池智能管理系统[D].浙江大学，2007.

[2]王守中.一读就通51单片机开发[M].北京：电子工业出版社，2011.

[3]袁东明，史晓东，陈凌霄.现代数字电路与逻辑设计试验教材[M].北京：北京邮电大学出版社，2011.