可编程的级联型多节锂电池组充放电保护电路设计

发布时间：2020-10-31 21:02

　　锂离子电池凭借其具有高比能量、高放电性能、寿命长、无记忆效应等优势,已经成为所有二次电池中性能最优秀、应用最广泛的类别。然而由于自身结构的特点,导致了必须对其进行较为复杂的管理和保护,才能保证其完善的性能和安全性。此外,很多应用往往需要通过对多个电池组级联来产生更高的电压。因此,对级联型多节锂电池组充放电保护电路的研究对于保护级联的锂电池组显得至关重要。如果锂电池保护电路内部保护阈值可编程,则可使其广泛适用于各种应用环境,从而极大地提高其应用的灵活性。因此,本文针对多节锂电池组的级联应用,设计并验证了一种可编程的级联型五节锂电池组充放电保护电路。该电路通过与外部无需集成ADC的MCU进行串口通信,可以在级联应用中实现电路中各项阈值的灵活配置,从而使电路能适应各种不同的应用需求。此外,设计的保护电路集成了级联型充电均衡功能,以保证充电过程中电池单元电压的一致性,提高电池的使用寿命。对于单个电池组,在其充电过程中对高于均衡阈值的电池单元进行均衡,以消除电池单元电压的不一致性。对于多个电池组的级联应用,在其充电过程中通过相邻保护电路之间均衡信息的传递,最终实现对多个电池组的同时均衡。此外,设计的充放电保护电路还内置了独立的低功耗断线检测模块,能可靠地检测出电池抽头的断线情况并采取保护措施,从而避免了电压检测失效所带来的安全隐患,提高了电压检测的可靠性。为了实现上述保护电路,本文采用0.18μm BCD工艺设计了一款五节锂电池组充放电保护芯片。为了验证电路设计的可行性与可靠性,本文先进行模块电路的设计和仿真,再将模块电路搭建成整体系统进行仿真验证。本文对芯片中的关键模块电路进行了详细的描述和分析,涉及的模块电路有:高精度的带隙基准电路,级联型充电均衡电路,电池电压检测电路,编程电路,低功耗断线检测电路等电路模块。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912
【部分图文】：