一個(gè)基于智能電池供電的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2011-01-11 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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智能電池組結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。系統(tǒng)中鋰電池組由ICR1865電池通過(guò)串/并聯(lián)組合構(gòu)成。單節(jié)ICR1865鋰電池的標(biāo)稱電壓為3.6 V，標(biāo)稱容量為2 Ah，滿電電壓為4.2 V，放空電壓為2.9 V。按照阻容指標(biāo)一致的原則，以4并4串的形式進(jìn)行組合，電池組的標(biāo)稱電壓為14.4 V，標(biāo)稱容量為8 Ah。采用TI公司的電量計(jì)芯片bq20z40、電池保護(hù)模擬前端芯片bq29330、二級(jí)電壓保護(hù)芯片bq29412以及相應(yīng)外圍器件，構(gòu)成電池電量計(jì)和電池保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)鋰電池組的過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)放電保護(hù)、狀態(tài)監(jiān)控、電量測(cè)量等功能，通過(guò)SMBus總線接口與智能電池系統(tǒng)管理器電路交互電池的狀態(tài)。

智能電池組結(jié)構(gòu)框圖

圖2 智能電池組結(jié)構(gòu)框圖

bq20z40集成8位超低功耗的RISC CPU，遵循SBS 1.1規(guī)范；可靈活配置2節(jié)到4節(jié)鋰電池；可對(duì)電壓、電流及溫度等參數(shù)編程；采用動(dòng)態(tài)阻抗跟蹤電池電量的算法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度可達(dá)1%；并采用SHA1 加密構(gòu)架，提高了通信的可靠性和數(shù)據(jù)的安全性；具有靈活的工作模式，能在電池組庫(kù)存期間使芯片進(jìn)入睡眠模式，以降低電池電量消耗。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)電池組的充放電曲線，將電池組的工作參數(shù)寫入bq20z40的數(shù)據(jù)Flash中。

bq29330能夠?qū)崿F(xiàn)電池過(guò)載、充電短路、放電短路保護(hù)、電池過(guò)/欠壓保護(hù)功能。電池過(guò)載、充電短路、放電短路時(shí)，bq29330根據(jù)內(nèi)部配置自動(dòng)關(guān)閉場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)。主機(jī)可通過(guò)通信接口監(jiān)視和控制bq29330的狀態(tài)和參數(shù)（如電池平衡、電流保護(hù)級(jí)別等）。通過(guò)I2C接口使能電池均衡后，在充電過(guò)程中 bq29330檢測(cè)每節(jié)電池的電壓，將較高電壓電池的電流部分分流，使它的充電速度比其他電池慢，以達(dá)到電池間充電時(shí)間的平衡；在放電過(guò)程中，增加較高電壓電池的有效負(fù)載，使它的放電速度比其他電池快，從而使每節(jié)電池的容量保持一致。

bq29412提供電池電壓二級(jí)保護(hù)功能，電池組中的每節(jié)電池均和芯片內(nèi)部的參考電壓比較，只要有一節(jié)電池電壓達(dá)到過(guò)壓條件，就啟動(dòng)保護(hù)流程；延時(shí)到設(shè)定時(shí)間后仍然過(guò)壓，輸出引腳產(chǎn)生一個(gè)低電平到高電平的跳變，推動(dòng)外部連接的場(chǎng)效應(yīng)管，熔斷保險(xiǎn)絲，保證在過(guò)電壓狀態(tài)下電池組安全。

2.2 智能電池系統(tǒng)管理電路

智能電池系統(tǒng)管理電路實(shí)現(xiàn)直流輸入與智能電池組輸入之間、兩個(gè)智能電池組之間的電源路徑選擇，智能電池組的充電管理以及與主機(jī)系統(tǒng)之間的通信交互功能。選用Linear Technology公司的雙智能電池管理器芯片LTC1760作為智能電池系統(tǒng)管理電路的核心。以LTC1760為核心的智能電池系統(tǒng)管理電路如圖3所示。

智能電池系統(tǒng)管理電路示意圖