一種鋰電池電量監(jiān)測電路設(shè)計方法

1、191現(xiàn)代電了技術(shù)2012年笫35卷一種鋰電池電量監(jiān)測電路設(shè)計方法謝卓-趙朋斌2(1解放軍兩安通信學(xué)院陜西西安710106； 2陜兩燈火電了股份冇限公可陜托寶科721006)摘 要：針對常見住電池過壓過流保護電池電量監(jiān)測問題提出一種實用的解決方t .ii方雯采用DS2762芯片作為核 心器件配合必須的外國器件完成對鋰電池的益測通過軟據(jù)線與主牲制器交換信息為主控制器提供電池的各種狀態(tài)信 息.該電略方案性能優(yōu)皮擴展性彼.可以廣泛應(yīng)用于5糞電子沒備尢版對電池的仝而監(jiān)控和管理*關(guān)鍵詞：鋰電池；狀態(tài)監(jiān)測；安全保護；軻余電量估計中圖分類號:TN71O-3I文獻標(biāo)識碼：A文章編號:1004-373X(201

2、2)01-0192-03A design method of Li+ battery monitoring circuitXIE Zhuo1 ZHAO Peng-bin2 Co. Ltd. Baoji 721006* China)Abstract： With the rapid development of the purtable devices, the Littery technology is beconiitig the crucial one to interfere the development. especially the power management and cont

3、rol are(aid impon刊rH attention. In this |;iper. a method is presented to protect Li 4 battery estimate remaining capacity and acquisit battery statement. The design adopted DS2762 as du kc (n.ponctii with other uv(l to provide the precise temperature voltage and current measurement fcr the host cont

4、roller. The circuit has an excellent performance and fine extensibility, and may be widely used in all kinds of electronic equipment to finish the battery monitoring and management.Keywords: IJ battery： state monitoring： safvtv-protcction； remaining capacity estimation 1994-2012 China Academic Journ

5、al Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nci191現(xiàn)代電了技術(shù)2012年笫35卷 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nci191現(xiàn)代電了技術(shù)2012年笫35卷0引言隨著手機、數(shù)M相機、音頻視頻播放器等便攜式電 設(shè)備的迅.獨發(fā)展，其工作及待機時間逐漸成為限制其 發(fā)展的 項瓶頸技術(shù)。延K設(shè) I作時間 股從兩方 而入手：提拓電池容吊及效率；加強電池用電杲管理. 目前便攜式電了 設(shè)備大都使用的

6、是可充電鋰電池0鋰 電池圧指以鋰為負(fù)極材料的化學(xué)電池的總稱包括鋰離 電池、鉀聚合物電池等。該類電池?zé)o記憶效應(yīng)可展 復(fù)充電次數(shù)多便用壽命較長具有較高的能量/質(zhì)量比 和能量，體積比。同時該類電池不足在于在充電及使用 過程中要求比較苛刻充電過流、過爪以及放電短路、過 熱等情況都會嚴(yán) 0響電池的卷命及性能，需耍在便用 過程采用用電路進行控制及管理。同時為了提高電池 的使用率及全Ifli學(xué)握電池的狀態(tài)需要實時監(jiān)測電池的 電池電壓、剩余電量、估計供電時間、溫度等諸多信號. 根抿該類決定控制筆略從而捉洛系統(tǒng)運行可靠性通 常在電池放電過程中電池電壓與剩余電帚、匸作時間 Z間并不是線性關(guān)系，所以不能簡單地采用電

7、丿k采樣、收槁日期：2小-（）9-03函數(shù)計算剩余電量皿。針對該要求，設(shè)計了 -種基于 芯片的鋰電池監(jiān)測及保護電路，同時配合主控制器 （MCU）完成對鋰電池的可靠管理及有效保護實際使 用及測試衣明該設(shè)計合理可行。1DS2762芯片介紹DS2762是MAXIM公司推出-款集數(shù)據(jù)采集、信 息存儲和安全保護于體的高梢度Li+電池監(jiān)視器. 專為對成本敬感的電池組應(yīng)用設(shè)計。這款低功耗器件 集成T S確的溫度、電壓、和電流測量非易失（NV）數(shù) 據(jù)存儲.以及Li十電池保護電路采用小尺寸的TSSOP 封裝或倒裝片封裝。對于剩余容量估計、安全監(jiān)視和電 池特性數(shù)據(jù)存儲等應(yīng)用來講，采用DS2762進行電池監(jiān) 測足比

8、較介適的方案.該芯片可以實時監(jiān)測電池的電 爪、電流、充放電狀況及剩余電最等參數(shù)并可以把這吃 數(shù)據(jù)儲存起來，提供給單片機作相應(yīng)處理門，它的主 翌待性有：（1）捉供Li十電池安全電路包擠過壓保擴-過流/ 短路保護、欠壓保護。（2）累積電流或溫度超過用戶設(shè)置的門限時，向主機發(fā)出警示信號。(3) 電流檢測可使用內(nèi)置25 mQ檢流電阻或外部 用戶可選檢流電陽。(I) 電流測昴。12位雙向測昴。內(nèi)部檢流電阻。625 mA LSB和 1. 9 A動態(tài) 范図；外部檢流電阻：15. 625卩V LSB和61 mV動態(tài) 范圍。(5) 電流累計。內(nèi)部檢流電阻：0. 25 mAhr LSB； 外部檢流電阻：6. 25

9、 MVhr LSB0(6) 電壓測気分辨率為4.88 mV。(7) 便用集成傳感器測量溫度.分辨率 為0.125 。(8) 支持系統(tǒng)電源管理和控制功能。(9) 32 B 可鎖定 E2PROM, 16 B 通用 SRAM#(10) Dallas 1-Wir11S2心應(yīng)綸入璃10ElPS電源湊式途擇毬11.12.1JP3VSS11E2Pio可編令I(lǐng)/O*15tlVbD電也正楓釣入16DIVinDS2762主耍宙內(nèi)部寄存器、累加器、代感器.ADC 等部分組成圖1給出其內(nèi)部功能框圖。2硬件電路設(shè)計2. 1監(jiān)測保護電路由于DS2762能夠判斷電池過斥、過放電、過流等 狀態(tài)并能通過CCDC端輸出控制電平只

10、需要在外 部電路中增加控制開關(guān)MOS管進行控制，在過壓、過 放電、過流等狀態(tài)下斷掉電池輸出進行保護.同時 DS2762和外部主控單元只需要線制連接傳輸命令及IXJVIN1511521nJWfrE:PROM2申心舟SRAMX淋rtA DC電*X嘲訊電it狀建屯池恨護時何陀冷 PIO數(shù)據(jù)為r保證町靠數(shù)據(jù)的可粥連接需要在數(shù)抑線I: 接1.7 kn左右的上拉電阻。圖2給出具體電路接連關(guān) 系及各個器件的電性能參數(shù)。配7T內(nèi)樓傳第器時飯有圖1DS2762內(nèi)部俎啟柜圖在圖2中采用外部電阻R皿進行電流采樣其阻值 根據(jù)實際需雯進行選擇.-般都在mQ級。也可以選擇 其內(nèi)豊的電流取樣電阻如圖3所示。電流傳感器的輸

11、入瑞ISI JS2通過上拉電阻分別接在SNS端和VSS. 其心“的陽值常溫下為25 mQ#在采用內(nèi)置傳感器 狀態(tài)卜通過在ISI. IS2外接個電容，和內(nèi)部電阻組 成個低通濾波器。糧據(jù)圖2電路連接當(dāng)電池電用V丄在V“v和 V“之間變化充電保護輸出端CC和放電保護輸出端 DC根據(jù)Vg.的變化輸出高低電平.其邏輯及時序關(guān) 系如圖4所示。2.2 主控制器及顯示主控制根據(jù)匸作狀態(tài)對DS2762進行控制及訪問， 取得電池狀態(tài)的實時信息。根據(jù)便攜式電設(shè)備的具 體應(yīng)用情況該主拎制為可以足DSP.ARMMCU等. 文中實驗電路中采用Atmel公司的AT89S52.帶8 KB 閃速可編程可擦除制度存儲(PEROM

12、)低電壓,高性 能CMOS微控制器。由于將多功能8位CPU和閃速 存儲器組合在單個芯片中。采用單片機直接驅(qū)動LED 顯示屏實時顯示電池的各種狀態(tài)信息勺。VgACTIVE1NACT1VI圖4保護狀態(tài)下各控制管腳綸出電平V.IY VVptA3軟件設(shè)計由于DS2672芯片功能強人，人部分1：作都是其自 主完成，與主控制益之間只需耍進行相關(guān)通信即可。芯 片和主控制器連接通過-線制接口可以分別傳輸收發(fā) 信號。DS2672芯片的寄存器fe要有:電流寄存器、電流 累計寄存器、電流偏置補償寄存器、電壓寄存器、溫度寄 存器、電流累積高閾值寄存2肌電流累積低閾值寄存器、 溫度保護高閾值寄存器、溫度保護低閾值寄存器

13、等。在 便用過稈中主拎制器嚴(yán)格按照DS2672芯片的讀/寫 時序讀取或i殳置并個寄存益準(zhǔn)內(nèi)容。其主耍控制命令 見表2。4結(jié)語便攜式電/設(shè)備中的鋰電池在充電及使用過程中 需耍對充電過流、過斥以及放電舸路、過熱等情況進行 控制及保護同時需要實時監(jiān)測電池的電池電壓、剩余 電S:、估計供電時間、溫度等諸多信號根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進 行判決處理。文中提出種基于DS2762芯片的電池 電昴監(jiān)測電路設(shè)計方法能夠?qū)︿囯姵氐倪^斥、過流、短 路答狀態(tài)進行自動保護1七合主控制器瀆取電池的實時 電壓、剰余電量、溫度等數(shù)值并進行處理。該電路性能 優(yōu)良擴展性強可以廣泛應(yīng)用于并類電丘設(shè)佑完成對 電池的全面管理。4令令令惋議思線做晁

14、69H. XX主機RX聶離吁達256 B6CH XX主機TX聶離可達256 BJ8H. XXIDLENoneB8H. XXIDLENonetfC6AH.XXIDLENone表2主更控制命今列表參考文敝1 盧林.電池秤理設(shè)計及發(fā)展劃弊J.電子測試.2007(12)： 7-11.2 陸祝淸.電池電駅計的廉理與計J今門電7-2008(1)： 36-38.3 張育波宋寅卯島桁度便電池監(jiān)測芯片DS2762的脈理及 應(yīng)用J 國外電子元器件 2004 (6)： 37-39.4 盧崇何如盧斌等DS272O功能及其應(yīng)用技術(shù)研究J國 外電予瓦呑件.2007(4卄4276.5 郭夭樣.新輒念51單片機C講害教程M.

15、北京：電八：業(yè) 出版 H .2009.6 周念放周紀(jì)海紀(jì)愛華.充電器電埒設(shè)計與應(yīng)用M.北 京：人民郵電出版社.2005.7 劉HH娜李劇房國志.手機電池會能測試儀的設(shè)計JX 津理工大學(xué)學(xué)報.2008(8)161-63. 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nci191現(xiàn)代電了技術(shù)2012年笫35卷 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved,

16、 ki.nci191現(xiàn)代電了技術(shù)2012年笫35卷作者簡介：謝卓屯朋試男.1983年出生決西周至人棗謀主要研究方向為過信技術(shù)及軍事通信保障。 男.1982年出生陜西周至人工程師，主要研究方向為通信信號處理及電路設(shè)計. 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nci191現(xiàn)代電了技術(shù)2012年笫35卷(上按第191頁)4 孫曉艷.棊干Muhisim的電T電路課堂教學(xué)J現(xiàn)代電子 技術(shù).2006.29(24):142-144.5 5典.Multisim 10計機仿K，在

17、電了電路設(shè)計中的應(yīng)用 M.北京：電子工業(yè)出版H-2OO9.6 常華攻剛常冊和 仿貞軼件教程:Muhisim和Matlab M.北京：浦華大學(xué)出版社.2006.7 熊偉侯傳抓Muhisim電於的設(shè)計及兀仿頁應(yīng)用M.北京*淸華大學(xué)出版If. 2005.8 張念立壟Muhisim技術(shù)的電路實驗J.實驗科學(xué)與技 術(shù).2010.8(1):15-17.9 楊思源.三相電路實驗方法研究J中國科技信息2010 (11):257-258.10 F軍. F Multisim 9的三相電垢教學(xué)的研究J.吉林化 工學(xué)院學(xué)報.2009(10),25-28. 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights r