鋰電池的充電、管理和保護

摘 要：針對如何快速充電并有效地保護和延長電池使用壽命，提高電池組整體的能量效率及使用可靠安全度，文章利用HT46R23單片機微處理機設(shè)計了一款鋰電池充電和管理保護板，本設(shè)計能對電池充放電過程進行全程監(jiān)控，及時取樣并進行各種變數(shù)的比較，做出明確的決策，提供有效數(shù)據(jù)顯示。

關(guān)鍵詞：HT46R23單片機；ReflexTM；溫度感測；AD590；類比電壓

1 概述

近年來，由于石油枯竭出現(xiàn)的能源危機，以及人們環(huán)保意識的增強，整個世界對于可再生能源的需求日益增加，可再生能源具有取之不盡用之不竭的特點。主要有太陽能、水能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?。太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電電池等各種攜帶式電子產(chǎn)品，都需要電池。如果能好好地利用鋰電池的特性并且好好地管理使用，這將對人們生活產(chǎn)生很大的幫助，對環(huán)境污染的負(fù)擔(dān)減輕很多。

電池是主要儲能元件，最新科技發(fā)現(xiàn)，鋰鐵電池具備體積小、能量密度大、單體電壓高、自放電率低、內(nèi)阻小等優(yōu)勢，更具有高能量密度及高循環(huán)性能，瞬間大功率充電，并瞬間大功率輸出及強續(xù)航力等優(yōu)點，是一個不錯的新型儲能元件，若能夠快速的充電并保護，并能有效安全管理電池，成為較理想之儲能元件，是主要的目標(biāo)，若能用微處理機執(zhí)行整個鋰電池充電放電控制管理，應(yīng)該是一個較好的方法。

然而如何快速充電并有效地保護和延長電池使用壽命，提高電池組整體的能量效率及使用可靠安全度，是鋰離子電池在電能實際應(yīng)用中必須解決的問題，所以研究鋰離子充放電特性和安全有效的管理系統(tǒng)具有劃時代的重大意義。

2 研究方向

（1）如何快速的充電、安全有效保護電池和有效管理電池是其研究的目標(biāo)。

（2）盡可能對電池充放電過程進行全程監(jiān)控，及時取樣并進行各種變數(shù)的比較，做出明確的決策，提供有效數(shù)據(jù)顯示，這包括整組電池組的電壓、電流、溫度及電能等功能。

3 工作原理

（1）本系統(tǒng)的微控中心，用盛群公司的HT46R23單片機微處理器執(zhí)行整個系統(tǒng)的控制工作，這種全數(shù)位化的控制方式將使系統(tǒng)簡單化，不會有復(fù)雜的控制電路，而整個系統(tǒng)的更新、修改以及參數(shù)的調(diào)整修改可便攜進行，然而可針對不同的需求及功能，調(diào)整部分硬件電路。

（2）主控元件采用切換式電力電子（常用的功率型MOS器件并配合常用的PWM的單片機控制）。

（3）參數(shù)感測：對于電池組充放電過程的執(zhí)行參數(shù)監(jiān)控，溫度、電壓、電流及電量等即時顯示電池狀況。

電池保護：保護電池不過充、不過放和不過溫。

顯示變數(shù)：適時顯示電池的各項功能參數(shù)和執(zhí)行狀態(tài)。

電池診斷：電池可進行篩選，在電池老化時提供訊息，進而提高電池的整體效能，延長電池的使用壽命。剩余電量預(yù)測功能：電池剩余電量預(yù)估，有助于使用者對電池有效的使用管制。

（4）電池充電的方式有常用的下列幾種：定電壓充電法、定電流充電法、定電流切換定電壓充電法、脈沖式定電流充電法及ReflexTM擾動法等方法，本課題采用ReflexTM的改進方式，如此便可以增加電池的壽命及改善電池的電極氧化物形成問題。

（5）分相脈沖充電和ReflexTM擾動與平衡電路圖，利用一般電路將AC110V 60HZ轉(zhuǎn)換成DCV 15V至直流電壓作為輸入，經(jīng)由M1、M2、M3及M4配合L達(dá)成平衡充電及放電。如此以來便可以提高有效的提高電能使用效率，達(dá)到電池上充下放及下充上放之特性。

（6）圖1為鋰電池溫度感測監(jiān)控電路圖，是利用AD590感測溫度，經(jīng)由LM324之運算放大器處理后，等量之類比溫度轉(zhuǎn)換成類比電壓送入 HT46R23類比輸入。

（7）如圖2為鋰電池放電保護及管理電路圖，利用電子開關(guān)及電流轉(zhuǎn)換成類比電壓，經(jīng)方程式的計算（Q=IT）得知電池放電量，進而管理電池。

（8）鋰電池管理顯示圖透過HT46R23與16*2 LCD顯示器經(jīng)由程式顯示，鋰電池的充電電壓、溫度及放電流量等，方便監(jiān)測電池的狀況。

4 結(jié)束語

本設(shè)計微控中心用HT46R23單片機微處理器執(zhí)行整個系統(tǒng)的控制工作，這種全數(shù)位化的控制方式將使系統(tǒng)簡單化，不會有復(fù)雜的控制電路，能對鋰電池進行快速充電、對充放電過程進行全程監(jiān)控，并能有效地提高電池利用效率，但也存在一些不足支出，設(shè)計中也常常會有電路上的一些問題，當(dāng)調(diào)試完成后仍然有很多問題需要克服，相信未來若能更好地利用鋰電池的特點，在未來綠色能源及環(huán)境保護上人們會更盡一份力量。

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作者簡介：張燕平（1980，12-），女，助教，教師，研究方向為電氣自動化。