带关断霍克锂电池组充放电安全保护电路设计

摘要：跟着便携式电子设备的遍及，可充电锂电池以其体积小、容量大、质量轻、无回忆效应、无污染、电池循环充放电次数多等优点，成为运用最广泛的电池。但是，锂电池的能量密度高，难以确保电池的安全性，尤其是在过度充电、过度放电或过电流状况下，电池温度上升后能量过剩，电解液分化发生气体，导致内压上升，存在自燃或决裂的风险。因而，规划一种带关断的锂电池组充放电安全维护电路显得尤为重要。本文依据实践运用状况，研讨了一种以单片机为核心的锂电池组充放电安全维护电路，完成了对锂电池组充电进程的均衡办理、过充维护、过放维护及过电流维护，确保了充放电进程中的安全性、牢靠性和均衡性。

关键词：锂电池组；过充维护；过放维护；过电流维护

1. 导言

锂电池最早呈现于1958年，20世纪70年代进入实用化阶段，80年代开始研讨锂离子电池，并逐渐得到广泛运用。跟着科技进步与社会发展，手机、笔记本电脑、MP3播放器、掌上游戏机、数码摄像机等便携式设备越来越遍及，这类产品常常选用二次电池进行供电。市面上广泛运用的便捷式二次电池主要有镍镉电池、镍氢电池、二次碱锰电池及锂电池，其间锂电池包含锂离子电池和锂聚合物电池。可充电锂电池以其许多优点，在便携式电子设备中运用最为广泛。但是，锂电池在充放电进程中存在安全隐患，规划一种带关断的锂电池组充放电安全维护电路，对于保证设备的安全运转具有重要意义。

2. 锂电池组充放电安全维护电路硬件规划

2.1 单片机选型及功用介绍

本文选用LPC768单片机作为充电器的核心操控单元。LPC768是一种MCS-51兼容的CPU，只要20个管脚，内部有4路8bit A/D转换器、2路8bit D/A转换器（768有4路10bit PWM型D/A转换器），具有内部看门狗，价格便宜，功用齐全，抗干扰能力强，根本不需要外部译码操控元件与电路。尽管其只要4k字节内部程序存储器，128字节用户存储空间，但经过优化程序，完全可以满意程序存储需求。

2.2 充电电路规划

锂电池的电压在3.0V至4.2V之间改变，即锂电池的最大电压为4.2V，最小电压为3.0V。若运用常用的5V/1A或5V/2A标准的充电器对锂电池进行直接充电，则充电电压会超越锂电池的最大承受电压4.2V。为处理电压不匹配的问题，本文选用TP4054充电办理芯片。TP4054芯片的电源输入端（VCC）电压工作范围为4.5V至6.5V，正好满意5V/1A和5V/2A标准的充电器输出电压。一起，TP4054芯片还具有充电状况指示功用，经过衔接LED灯，在充电进程中LED灯亮，充电充溢时LED灯灭。但是，TP4054芯片不具有在锂电池充溢时主动断电的功用，需要用户手动堵截电源。因而，在实践运用中，需结合单片机操控，完成主动断电功用。

2.3 维护电路规划

2.3.1 过充维护

锂电池在过度充电状况下，电池温度上升后能量将过剩，电解液分化发生气体，导致内压上升，存在自燃或决裂的风险。因而，过充维护是锂电池维护电路的重要组成部分。本文选用DW01芯片与8205MOS管结合的电路规划方案，完成对锂电池的过充维护。DW01芯片的放电维护电压为3.0V±0.1V，当锂电池电压超越该值时，DW01芯片将操控8205MOS管封闭充电回路，避免电池过充。

2.3.2 过放维护

锂电池在过度放电状况下，电池性能将严峻下降，甚至导致电池作废。因而，过放维护同样重要。DW01芯片也具有过放维护功用，其内部衔接的比较器在检测到锂电池放电电流超越设定值时，将操控8205MOS管封闭放电回路，避免电池过放。

2.3.3 过电流/短路维护

过电流或短路状况下，电池内部将发生大量热量，导致电池温度急剧上升，存在爆炸的风险。因而，过电流/短路维护是锂电池维护电路不可或缺的部分。本文选用DW01芯片与8205MOS管结合的电路规划方案，完成对锂电池的过电流/短路维护。当检测到过电流或短路时，DW01芯片将敏捷操控8205MOS管封闭充放电回路，避免电池受损。

2.4 关断电路规划

为完成锂电池组的主动关断功用，本文在维护电路的基础上增加了关断电路。当单片机检测到锂电池组呈现过充、过放或过电流等反常状况时，将操控关断电路堵截充放电回路，维护电池组安全。关断电路选用继电器或MOS管等开关元件完成。

3. 锂电池组充放电安全维护电路软件规划

3.1 软件整体架构

软件整体架构包含初始化模块、数据收集模块、判别处理模块和履行模块。初始化模块担任单片机的初始化设置；数据收集模块担任收集锂电池组的电压、电流等数据；判别处理模块担任依据收集的数据判别锂电池组是否呈现过充、过放或过电流等反常状况；履行模块担任依据判别成果履行相应的维护措施，如堵截充放电回路等。

3.2 数据收集与处理

单片机经过模仿多路器（如CD4067）收集锂电池组的电压和电流数据。收集到的数据经过滤波处理后，与预设的阈值进行比较，判别锂电池组是否处于安全状况。若呈现过充、过放或过电流等反常状况，单片机将当即履行维护措施。

3.3 维护措施履行

当单片机检测到锂电池组呈现反常状况时，将操控关断电路堵截充放电回路。一起，单片机还可以经过串口通讯等方式将反常信息发送给上位机，以便用户及时了解电池组状况并采纳相应措施。

4. 试验验证与成果剖析

4.1 试验设置

为验证本文规划的带关断锂电池组充放电安全维护电路的有效性，进行了试验验证。试验选用10节锂电池组成的电池组，运用5V/2A标准的充电器进行充电。一起，经过上位机监测电池组的电压、电流等数据，并记录反常状况下的维护措施履行状况。

4.2 试验成果与剖析

试验成果表明，本文规划的带关断锂电池组充放电安全维护电路可以准确检测电池组的电压、电流等数据，并在呈现过充、过放或过电流等反常状况时及时堵截充放电回路，维护电池组安全。一起，上位机可以实时监测电池组状况，为用户提供牢靠的监测数据。

但是，在试验进程中也发现了一些问题。例如，在电池组接近充溢时，因为电池内阻等因素的影响，充电电流会呈现波动，导致单片机误判为反常状况而堵截充电回路。为处理这一问题，需要对充电电流的检测算法进行优化，提高检测的准确性和稳定性。

定论

本文规划了一种带关断的锂电池组充放电安全维护电路，选用LPC768单片机作为核心操控单元，结合TP4054充电办理芯片和DW01芯片与8205MOS管结合的电路规划方案，完成了对锂电池组充电进程的均衡办理、过充维护、过放维护及过电流维护。试验成果表明，该电路可以准确检测电池组状况，并在反常状况下及时堵截充放电回路，维护电池组安全。