一個基于智能電池供電的電源系統(tǒng)設計
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智能電池組結構框圖如圖2所示。系統(tǒng)中鋰電池組由ICR1865電池通過串/并聯(lián)組合構成。單節(jié)ICR1865鋰電池的標稱電壓為3.6 V，標稱容量為2 Ah，滿電電壓為4.2 V，放空電壓為2.9 V。按照阻容指標一致的原則，以4并4串的形式進行組合，電池組的標稱電壓為14.4 V，標稱容量為8 Ah。采用TI公司的電量計芯片bq20z40、電池保護模擬前端芯片bq29330、二級電壓保護芯片bq29412以及相應外圍器件，構成電池電量計和電池保護電路，實現(xiàn)鋰電池組的過壓、過流、過放電保護、狀態(tài)監(jiān)控、電量測量等功能，通過SMBus總線接口與智能電池系統(tǒng)管理器電路交互電池的狀態(tài)。
智能電池組結構框圖
圖2 智能電池組結構框圖
bq20z40集成8位超低功耗的RISC CPU，遵循SBS 1.1規(guī)范；可靈活配置2節(jié)到4節(jié)鋰電池；可對電壓、電流及溫度等參數(shù)編程；采用動態(tài)阻抗跟蹤電池電量的算法進行測量，測量精度可達1%；并采用SHA1 加密構架，提高了通信的可靠性和數(shù)據的安全性；具有靈活的工作模式，能在電池組庫存期間使芯片進入睡眠模式，以降低電池電量消耗。在系統(tǒng)設計時，根據電池組的充放電曲線，將電池組的工作參數(shù)寫入bq20z40的數(shù)據Flash中。
bq29330能夠實現(xiàn)電池過載、充電短路、放電短路保護、電池過/欠壓保護功能。電池過載、充電短路、放電短路時，bq29330根據內部配置自動關閉場效應管驅動。主機可通過通信接口監(jiān)視和控制bq29330的狀態(tài)和參數(shù)（如電池平衡、電流保護級別等）。通過I2C接口使能電池均衡后，在充電過程中 bq29330檢測每節(jié)電池的電壓，將較高電壓電池的電流部分分流，使它的充電速度比其他電池慢，以達到電池間充電時間的平衡；在放電過程中，增加較高電壓電池的有效負載，使它的放電速度比其他電池快，從而使每節(jié)電池的容量保持一致。
bq29412提供電池電壓二級保護功能，電池組中的每節(jié)電池均和芯片內部的參考電壓比較，只要有一節(jié)電池電壓達到過壓條件，就啟動保護流程；延時到設定時間后仍然過壓，輸出引腳產生一個低電平到高電平的跳變，推動外部連接的場效應管，熔斷保險絲，保證在過電壓狀態(tài)下電池組安全。
2.2 智能電池系統(tǒng)管理電路
智能電池系統(tǒng)管理電路實現(xiàn)直流輸入與智能電池組輸入之間、兩個智能電池組之間的電源路徑選擇，智能電池組的充電管理以及與主機系統(tǒng)之間的通信交互功能。選用Linear Technology公司的雙智能電池管理器芯片LTC1760作為智能電池系統(tǒng)管理電路的核心。以LTC1760為核心的智能電池系統(tǒng)管理電路如圖3所示。
智能電池系統(tǒng)管理電路示意圖
圖3 智能電池系統(tǒng)管理電路示意圖
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