CAT蓄电池管理系统及方法研究

随着社会不断发展，锂电池于生产生活各个领域的应用极其广泛，如此看来，电池方面的应用以及管理已然成为各类设备得以发展进程里一项极为关键的技术，文章借助对锂电池技术展开研究，设计出一种新型的针对锂电池的管理系统，并且介绍了达成的方法，该锂电池管理系统的设计，施行的是分布式的结构设计，具体涵盖电量估计，电池充电以及放电，单个电池之间的均衡等功能本地测量模块，还详细剖析了达成各个模块的硬件设计 。

关键词：锂电池；电池管理系统；方法研究

1概述

锂电池具备这样一些特性，特性包括体积小，重量轻，比能量大，循环寿命长，自放电率低，不存在记忆效应，绿色环保，工作温度范围宽广 。广泛应用于移动通信设备里的锂电池，像动环设备呀，射频光纤分布系统呀，网络信号监测仪等，是用来达成对这些设备在外电掉电时状态监控的；一般设备的监控系统供电电压在9V或者更高，单节锂电池标称电压是3.7V，常常采用的方案是运用多节锂电池串联的办法来满足应用系统供电电压需求，因为每节电池在出厂以来都存在一定差异性，伴随充放电次数增多，串联里各锂电池差异会越来越大，致使电池组中各电池充电时间不一样，造成电池浮冲、过充或者过放，易于导致电池损毁。

存在锂电池，其应用有着毛病与短处，尤其是许多节锂电池以串联方式存在时，会出现的充电与放电不均衡的状况，针对此，运用基于单个锂电池应用的管理系统以及相关技术方案，能够特别有效地处理这些一直便有的缺陷 。

2锂电池管理系统及硬件结构

2.1电池管理系统概念

此电池管理系统，也就是BatteryManagementSystem即BMS系统，它关联着微电脑技术以及检测等多项技术，进行动态地监控电池单元以及电池组的运行状态，能精准地算出电池的剩余电量，对电池开展充放电保护，让其处于最佳工作状态发挥作用，以使运行成本得以降低，提升它的使用寿命。现今本文综合了国内外诸多先进成果，经过设计并予以实现，从而有了一种新型的锂电池管理系统可被运用 。本管理系统的结构乃是运用模块化、分布式的设计方式，系统涵盖二级的控制结构，也就是本地测量模块以及中央处理模块。其中，中央处理模块主要的功能在于借助RS232接口并且与上位机切实实施通信，以CAN总线网络的形式来同本地测量模块进行连通；本地测量模块主要的功能是数据采集（主要是温度、电流以及电压的数据采集），充放电控制，电量测量，单个电池均衡以及运用CAN总线技术和中央处理模块通信等等。

2.2锂电池管理系统的硬件结构

这一锂电池管理系统，其主要涵盖充电模块，还有数据采集模块，此模块包含电压、电流以及温度数据的采集等内容，另外还有均衡模块、电量计算模块、数据显示模块以及存储通信模块共同构成。系统框图呈现如下：

有一个数据采集模块，它专门负责采集电池的各种各样状态参数，其中包括电流、电压、温度 。充电控制模块会按照预充、恒流充电以及恒压充电这三个阶段来进行自动充电，并且会依据采集到的数据对充放电过程加以控制 。均衡模块会在恰当的时候借助15W的开关电源针对单个电池开展均衡充电，从而让电池组里的电池变得更加均衡一致 。电量估测单元主要就是对采集而来的状态参数进行分析，并且依据研究试验所得到的电量估测算法，针对电池的当前电量予以估测 。数据显示单元采用图文液晶显示屏，可以显示各节电池电压、充放电电流、剩余电量、电池温度以及充电时间 。存储通信单元借助存储芯片定时把充放电信息（电压、电流、充放电时间等）存储起来，能够通过串口与电脑通信，在电脑上展示充放电信息 。

3单节锂电池管理系统框图

单节锂电池，其标称电压一般是3.7V，通常情况下，很难恰好达到设备监控系统的供电所需标准，。

单节锂电池充放电管理系统涵盖，锂电池充放电管理模块，锂电池放电过流保护模块，还有，锂电池电压过放保护模块，以及，锂电池电压升压模块。

外部充电电源是该锂电池管理系统的输入部分，应用系统的工作电源是其输出部分，锂电池充放电管理模块、锂电池电压过放保护模块、锂电池放电过流保护模块，只是在逻辑上进行划分，在物理上有可能是集成的。

4单节锂电池充放电管理方法

依据锂电池典型的充电电压电流曲线，结合移动通信设备里锂电池的使用特点，当应用系统外部供电出现掉电状况时，锂电池管理系统可以把应用系统电源毫无缝隙地切换成采用锂电池供电，在锂电池放电时，能够及时监测锂电池过流、过放的情形并自动切断；当应用系统外部供电处于正常状态时，能够依据侦测到的锂电池电压情形对锂电池及时进行充电，避免出现浮充等情况。单节锂电池充放电管理流程如下。

锂电池充放电管理模块，在外部充电电源供电处于正常情形下，且锂电池处于未充满状态时，会对锂电池的电压以及外部充电电源的电压开展监测工作。当监测得出锂电池电压低于锂电池充电电压门限时，便会启动锂电池充电的进程。当监测发现锂电池电压等于锂电池最高电压，并且充电电流处于很小时，则会停止锂电池充电的进程，以此来避免浮充。

在外部充电电源供电处于正常情形下，并且在锂电池已然处于充满状态时，锂电池充放电管理系统持续进行对锂电池电压以及外部充电电源电压的监测，要是监测到锂电池电压低于锂电池充电电压门限之时，重启锂电池充电进程 。

4.3，在外部充电电源供电出现异常状况时，锂电池充放电管理系统要对锂电池的电压以及外部充电电源的电压展开监测，这时监测出来外部充电电源模块电压不正常，那么就启动锂电池放电流程；。

4.4锂电池放电过流保护模块，时刻对锂电池放电回路里的工作电流大小予以监测，一旦监测到放电回路中，锂电池放电电流大于锂电池最大放电电流门限，就会断开锂电池放电回路，当监测到放电回路中，锂电池放电电流低于锂电池最大放电电流门限，便会重新开放锂电池放电回路，如此这般不停地反复进行着。

4.5锂电池电压过放保护模块，时刻对锂电池当前电压大小予以监测，当监测察觉锂电池电压低于最低放电电压门限时，断开锂电池放电回路，令锂电池供电停止；当监测发现锂电池电压高于最低电压门限时，重新将锂电池放电回路开放；这般反复进行。

锂电池电压升压模块，对于单节锂电池的电压，会把它升高到一个电压值，这个电压值，是适合应用系统去工作的数值，这样做的目的，是为了满足应用系统对于所需的电压要求。

5单节锂电池管理系统实现

对于单节锂电池应用系统而言，关键技术以及难点所在，主要体现于，锂电池容量的估算以及选型这个方面，还有锂电池电压升压器件的选型方面，另外，锂电池充放电管理芯片的选型以及充放电开关的选型方面也有所体现。

要对锂电池容量作出估算，得依据嵌入式最小系统以及其外设的功耗、还有系统所要求的锂电池供电时间来展开推算。锂电池容量计算能够运用公式1去进行推算，并且要留有余量。

Ii=（（Ic*Uc）/η1）/η2/Ui（1）

其中：

Ii、Ui为锂电池供电电流、电压；

Ic、Uc为应用系统工作电流、电压；

η1、η2为开关电源、升压DC/DC效率；

其选型，针对锂电池电压升压器件，着重考量芯片的输入电压范围，还要考虑芯片输出电压范围，同时要顾及芯片效率，以及散热等情况。

针对锂电池充放电管理芯片进行选型时，主要得考虑这些方面，芯片的输入电压范围，应使得应用系统的供电电压处于它的输入电压范围之内，还要考虑芯片充电电流的大小，以及最大放电电流，另外，过充电压以及过放电压等情况也需考虑。

针对锂电池充放电开关进行选型时，给出的建议是，采用那种基于MOSFET的大功率开关管 ，。

通过对器件进行选型，以及开展相关的常温实验，另有高低温实验验证后，所设计实现的电路处在输入、输出动态范围，且为额定负载的情形下，其输出电压呈现稳定态势，该电压纹波处于合理范围之内，如此便实现了单节锂电池管理系统在产品里的应用，进而证明了技术方案具备可行性。

6结语

此文给出的是一种单节锂电池管理系统以及方法，经由设计达成与现实运用实现了可行性验证，运用单节锂电池供电方案，避开了多节锂电池串联供电源自锂电池彼此间差异性所存在的固有不足，强化了锂电池使用期限，削减了成本。