鋰離子電池組在保暖服中的應(yīng)用

杜艷軍 封百濤

（泰山學(xué)院 山東 泰安 271021）

0 引言

隨著電子技術(shù)飛速發(fā)展，便攜式電器不斷出現(xiàn)，相應(yīng)的供電設(shè)備—電源與電源技術(shù)也隨之迅速發(fā)展。 當(dāng)前市場上所出現(xiàn)的保暖服外形笨重、且溫度控制難以操作，生熱效果不佳等問題。 我們從保暖服中核心部件電源入手，利用移動電源的成熟技術(shù)， 設(shè)計出真正意義上的輕便實用的保暖服裝，保暖服中的電源必須擁有體積小、重量輕、釋放能量高、效能大等優(yōu)點(diǎn)，使在冬季人們真正體會保暖服裝保暖的意義。

1 電源的選擇

目前，市面上移動電池的種類大體分三類：鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池。

鎳鎘電池可以重復(fù)500 次以上充放電，經(jīng)濟(jì)耐用。 其內(nèi)阻很小，可快速充電，負(fù)載電流較大；但它有致命的缺點(diǎn)，存在嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”，電池的電量被完全放盡后才能充電，否則使得服務(wù)壽命大大縮短，此外，鎘是有毒的。

鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成，電量儲備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境無污染。 但價格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差。

鋰離子電池單體電池的工作電壓高達(dá)3.7～3.8V， 是鎳鎘、鎳氫電池的3 倍，能量能達(dá)到150mAh/g 以上，是鎳鎘電池的3～4 倍，鎳氫電池的2-3 倍，可快速重復(fù)充放電充電達(dá)到500 次以上，甚至1000 次以上，充電效率高達(dá)100%，且自放電遠(yuǎn)比其它兩類電池要小，工作溫度范圍寬為-20℃～60℃，循環(huán)性能優(yōu)、輸出功率大，使用壽命長，不含有毒物質(zhì)，被稱為綠色電池。

針對以上三類便攜式電池的性能比較，保暖服中將采用高容量、重量輕、電壓高、無記憶效應(yīng)、充電次數(shù)多、污染小的鋰離子電池作為發(fā)熱能源。

2 電源的連接

為了滿足保暖服工作時要求產(chǎn)生熱量高，持續(xù)時間長等要求，必須提高電源的輸出功率和存儲能量。 單個鋰離子電池很難達(dá)到這些要求， 我們必須將多個鋰離子電池連接起來，提供更高的電壓和電流。

為了獲得較高的電壓，我們將多個鋰離子電池串聯(lián)起來使用，連接如圖1（a）所示，為了獲得更高的電流我們將多個鋰離子電池并聯(lián)起來使用，連接如圖1（b）所示。 實際操作教程中，我們采用串并聯(lián)方式來獲得輸出的高電壓、高電流，這樣就形成了電池的組合，簡稱電池組。

圖1 電源連接方式

3 電源的檢測電路

保暖服中的電池組在使用的過程中，要顯示它當(dāng)前的電壓、電流、剩余電量等數(shù)值，以確保人們在外出時評估是否有足夠的電量為自己提供足夠長時間的熱量；或提前為電池組充電做了準(zhǔn)備；同時在充電過程中，顯示充電狀況，便為人們能準(zhǔn)確及時的在充滿電后斷開電源，保護(hù)電池組。

我們選擇MAXIM 公司生產(chǎn)DS2762 芯片做為核心部件，實現(xiàn)對鋰電池進(jìn)行監(jiān)測的檢測電路，掌握保暖服中電池組的當(dāng)前狀態(tài)。

整個監(jiān)測系統(tǒng)如圖2 所示， 系統(tǒng)采用片內(nèi)電阻感應(yīng)方式，由DS2762 鋰電池監(jiān)測芯片、51 單片機(jī)、液晶顯示模塊組成。 DS2762 監(jiān)測電池組當(dāng)前狀態(tài)，包括電池組的電壓、電流、充放電狀態(tài)、溫度及剩余電量等參數(shù)，并把這些數(shù)據(jù)存儲在存儲器中。 在充電的過程中，會出現(xiàn)過壓、欠壓、過流及短路現(xiàn)象，通過采用場效應(yīng)管FET1、FET2 構(gòu)成了DS2762 的充放電保護(hù)回路，實現(xiàn)對上述現(xiàn)象的保護(hù)。 當(dāng)用戶需要對電池組的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行讀取和處理時， 可以通過8051 單片機(jī)讀取電池當(dāng)前狀態(tài)信息并送往液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，以便用戶作出相應(yīng)的處理。 同時本系統(tǒng)也具有掉電保護(hù)功能。

圖2 電池組監(jiān)測系統(tǒng)

DS2762 對電池組各參數(shù)的監(jiān)測

這些參數(shù)包括：電池組的工作方式、電壓、溫度及剩余電量。 以下是對各量的監(jiān)測過程。

1）電池組充、放電工作方式的監(jiān)測

DS2762 中電流寄存器的值來判斷電池組的工作方式。 單片機(jī)每88ms 監(jiān)測一次電壓,它將檢測的IS1和IS2兩端的壓差（Vis=Vis1-Vis2）轉(zhuǎn)換成電流存入電流寄存器。 若差值為正值，說明電池組正在充電；若差值為負(fù)值，說明電池組正在放電。

2）電池組電壓、溫度的測量

DS2762 芯片內(nèi)部集成了A/D 轉(zhuǎn)換器和數(shù)字溫度傳感器，通過它們可獲得電池的電壓、溫度等參數(shù)，當(dāng)51 單片機(jī)向DS2762 芯片發(fā)出采集電壓及溫度的控制命令， 就能利用傳感器完成取樣，并將電壓、溫度的測量值存入相對應(yīng)的寄存器中，再由單片機(jī)讀取寄存器的內(nèi)容，并在顯示屏中顯示。

3）剩余電量的監(jiān)測

在人們穿保暖服外出時，首先關(guān)心的是保暖服中的電池組的電量情況。 DS2762 芯片能夠?qū)崟r自動的去測量電池組電流并將它存儲在累加寄存器中，而電池組的剩余電量是利用電流累加寄存器中的值來求得， 所以無須對其進(jìn)行控制，充電時，該值增加；放電時，該值減少。 單片機(jī)根據(jù)此值即獲取剩余電量。

4 結(jié)論

保暖電路服采用以上電池組及檢測電路體積小巧，攜帶方便，輸出的熱量足，持續(xù)時間長，充電方便，并能實時掌握電源的工作方式、電壓、電流、溫度、及剩余電量等參數(shù)使用戶更加方便直觀進(jìn)行相應(yīng)操作， 提高保暖電路服的可操作性。

［1］孫涵芳.MC51、96 系統(tǒng)單片機(jī)原理及其應(yīng)用[M].北京：北京航空學(xué)院出版社，1996.

［2］周志敏.充電器電路設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2005.