锂电池管理系统的设计
摘 要随着集成电路技术发展各类专用芯片、单片机、传感器的广泛应用对本课题提供了重要技术支撑，本课题对电池管理系统结构和功能进行分析，并深入研究搭建测试平台实现一套完整的电池管理系统包括充放电过程管理、温度检测、电量估计、单体电池间平衡等功能。本设计是基于TI BQ77908/ BQ77910的锂电池精密充放电保护板，保证锂电池的安全，延长使用寿命。
目 录
第一章 绪论 1
第二章 锂电池的特点与特性 2
2.1锂电池简介 2
2.2 锂电池特点 2
2.3 锂电池使用的注意事项 3
2.4 锂电池的特性 4
第三章 锂电池保护器的解决方案 8
3.1 方案描述 8
3.2 锂电池充放电方案要求 8
3.3 锂电池保护器芯片简介 8
3.3 方案原理图 11
3.4方案PCB版图 12
第四章 隔离式直流电源模块 18
4.1 电源模块的描述 18
4.2 电源模块的采用芯片简介 18
4.3 电源模块的原理图以及PCB版图 20
4.4 PCB的测试数据 23
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
绪论
随着能源危机和环境污染的压力，环保受到各国重视，新能源推进的步伐随之加快，各类电动设备层出不穷。 随着锂电池大面积常态化应用，而市面上大多数电池管理只是简单实现了整个电池组的过充，过放管理。尤其是个别电池的不一致性导致减低电池的寿命，还会带来一些安全隐患。有一点需要引起重视，经常会出现单节电池过充放电。
国内外汽车生产商与电池供应商由于对锂电池的需求增大，开始对锂电池管理系统做深入的研究和试验，并且开发出了许多的各种类型锂电池管理的芯片用于日常的应用当中，比较有代表性的有ADI、ATM、Maxim、TI等公司。于是，用来保护锂电池的锂电池管理系统给锂电池带来寿命的提升的直接好处。
锂电池目前在多个领域得到广泛的运用，比如日常的手机，平时用的笔记本和目前很受欢迎的便携式数码产品。除此之外，在更深的领域也有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
长足的发展和运用，航天航空、军事装备，点动车辆等各种国家的主导产业。锂电池因具备的寿命长，体积小，重量轻等优势，引起了各个国家的重视，每个地区和国家也都对锂电池产业踊跃支持，于是随之而来的，也带来了锂电池管理产业的飞速发展。
第二章 锂电池的特点与特性
2.1锂电池简介
锂电池的分类繁多，我们依照锂电池中电解质材料的差异，可以将锂电池分成液态锂离子电池(Liquified LithiumIon Battery，简称为LIB)和聚合物锂离子电池(Polymer LithiumIon Battery, 简称为PLB)或塑料锂离子电池(Plastic Lithium Ion Batteries, 简称为PLB)。液态锂离子电池和聚合物锂离子电池的区别，主要是由于电解质的差异。液态电解质是作为液态锂离子电池的，而聚合物锂离子电池用的电解质却是固体聚合物电解质。固体聚合物电解质有多种形态，市面上使用的比较多是聚合物凝胶电解质，一般为“干态”,和“胶态”的。锂离子电池使用的正负极材料分别为：锰酸锂、三元材料以及磷酸铁锂材料一般用来作为正极的电极材料。负极材料采用的是石墨。值得注意的是，上述两种锂电池使用的正负极材料是一样的，所以它们各自的工作原理也是大致相同的。
2.2 锂电池特点
1、单体电池的工作电压高
聚合物锂电池的工作电压比镍镉和镍氢电池高，而镍镉和镍氢电池的工作电压只有锂电池的三分之一。镍氢电池的工作电压是1.2V，而聚合物锂电池的工作电压达到3.6V。
2、比能量高。
镍氢电池的比能量达到90Wh/kg，镍镉电池的比能量只有它的二分之一。但是聚合物锂电池的比能量达到140Wh/kg。
自放电小。
不会因为放置很长时间而使锂电池的内部电荷减少太多。
4、循环寿命长。
现在聚合物锂电池有着很长的循环寿命，要就已经突破一千次了，在特定的情况下可数万次都不在话下，比如低放电深度，远远甩开了其他电池。
5、重量轻
聚合物锂电池重量很轻，是它的巨大优势，相比同样容量的钢壳锂电池，和铝壳锂电池要轻的多。
6、形状可定制
工厂不用考虑电池的形状，用户所需的尺寸可以轻易完成。还可以制造新的电池型号，价格优惠，制造时间很短。甚至可以量身定做，总之，外形不受任何拘束。
内阻小
电池的自耗电和电池的内阻密切相关，由于聚合物电芯的内阻比其他的电芯小，所以也自然而然的降低了很多电池的自耗电。电芯的内阻目前已经做到了35mΩ以下。
8、保护板设计简单
聚合物材料本身的安全性很高，电量足够，所以在一些其他电路里考虑的PTC和保险都不用在聚合物锂电池中考虑，大大的降低了生产成本。
9、安全性能好。
聚合物锂电池安全性能比一般的液态电芯好太多，因为采用了和一般金属外壳包装的液态电芯不同的铝外壳包装。不会发生爆炸。
对环境无污染。
聚合物锂电池是真正的“绿色电池”。
2.3 锂电池使用的注意事项
1. 重视短路情况
短路情况是电池要避免的一大问题。锂电池短路情况往往发生在充电的时候。包括：内部短路，外部短路等情况。
即使电路中加入保护电路，防爆线，也不能彻底避免使用时的短路情况。不过可以起一些作用，所以一定要加以重视。
2. 充电不要过充
聚合物锂离子电池，充电的时间一定不能太长，太长时间的充电很可能会发生膨胀。
锂的化学性质很活泼，极易燃烧，所以很可能引起火灾，危险的话，甚至可能导致爆炸。所以一定要避免过充，保持外壳完整，防止引起外壳伤痕。
2.4 锂电池的特性
电池开路电压特性
图1所示:电池SOC和锂离子电池的开路电压的关系
图1 电池充电与放电时的OCVSOC曲线
从图中我们可以知道，这两条曲线的大体形状趋势是一致。可以清晰的看到电池的平台区位于，SOC的中间区域，即SOC（10%90%）之间。电池的OVC几乎没有什么变化。而在SOC的两端，OCV就会有突然发生很大变化。
电池的容量特性
图2 放电电流的不同与容量的关系
从图中可以看出，电池的放电电流和电池实际容量密切相关，电池的容量会随放电电流的变大而减小。
目 录
第一章 绪论 1
第二章 锂电池的特点与特性 2
2.1锂电池简介 2
2.2 锂电池特点 2
2.3 锂电池使用的注意事项 3
2.4 锂电池的特性 4
第三章 锂电池保护器的解决方案 8
3.1 方案描述 8
3.2 锂电池充放电方案要求 8
3.3 锂电池保护器芯片简介 8
3.3 方案原理图 11
3.4方案PCB版图 12
第四章 隔离式直流电源模块 18
4.1 电源模块的描述 18
4.2 电源模块的采用芯片简介 18
4.3 电源模块的原理图以及PCB版图 20
4.4 PCB的测试数据 23
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
绪论
随着能源危机和环境污染的压力，环保受到各国重视，新能源推进的步伐随之加快，各类电动设备层出不穷。 随着锂电池大面积常态化应用，而市面上大多数电池管理只是简单实现了整个电池组的过充，过放管理。尤其是个别电池的不一致性导致减低电池的寿命，还会带来一些安全隐患。有一点需要引起重视，经常会出现单节电池过充放电。
国内外汽车生产商与电池供应商由于对锂电池的需求增大，开始对锂电池管理系统做深入的研究和试验，并且开发出了许多的各种类型锂电池管理的芯片用于日常的应用当中，比较有代表性的有ADI、ATM、Maxim、TI等公司。于是，用来保护锂电池的锂电池管理系统给锂电池带来寿命的提升的直接好处。
锂电池目前在多个领域得到广泛的运用，比如日常的手机，平时用的笔记本和目前很受欢迎的便携式数码产品。除此之外，在更深的领域也有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
长足的发展和运用，航天航空、军事装备，点动车辆等各种国家的主导产业。锂电池因具备的寿命长，体积小，重量轻等优势，引起了各个国家的重视，每个地区和国家也都对锂电池产业踊跃支持，于是随之而来的，也带来了锂电池管理产业的飞速发展。
第二章 锂电池的特点与特性
2.1锂电池简介
锂电池的分类繁多，我们依照锂电池中电解质材料的差异，可以将锂电池分成液态锂离子电池(Liquified LithiumIon Battery，简称为LIB)和聚合物锂离子电池(Polymer LithiumIon Battery, 简称为PLB)或塑料锂离子电池(Plastic Lithium Ion Batteries, 简称为PLB)。液态锂离子电池和聚合物锂离子电池的区别，主要是由于电解质的差异。液态电解质是作为液态锂离子电池的，而聚合物锂离子电池用的电解质却是固体聚合物电解质。固体聚合物电解质有多种形态，市面上使用的比较多是聚合物凝胶电解质，一般为“干态”,和“胶态”的。锂离子电池使用的正负极材料分别为：锰酸锂、三元材料以及磷酸铁锂材料一般用来作为正极的电极材料。负极材料采用的是石墨。值得注意的是，上述两种锂电池使用的正负极材料是一样的，所以它们各自的工作原理也是大致相同的。
2.2 锂电池特点
1、单体电池的工作电压高
聚合物锂电池的工作电压比镍镉和镍氢电池高，而镍镉和镍氢电池的工作电压只有锂电池的三分之一。镍氢电池的工作电压是1.2V，而聚合物锂电池的工作电压达到3.6V。
2、比能量高。
镍氢电池的比能量达到90Wh/kg，镍镉电池的比能量只有它的二分之一。但是聚合物锂电池的比能量达到140Wh/kg。
自放电小。
不会因为放置很长时间而使锂电池的内部电荷减少太多。
4、循环寿命长。
现在聚合物锂电池有着很长的循环寿命，要就已经突破一千次了，在特定的情况下可数万次都不在话下，比如低放电深度，远远甩开了其他电池。
5、重量轻
聚合物锂电池重量很轻，是它的巨大优势，相比同样容量的钢壳锂电池，和铝壳锂电池要轻的多。
6、形状可定制
工厂不用考虑电池的形状，用户所需的尺寸可以轻易完成。还可以制造新的电池型号，价格优惠，制造时间很短。甚至可以量身定做，总之，外形不受任何拘束。
内阻小
电池的自耗电和电池的内阻密切相关，由于聚合物电芯的内阻比其他的电芯小，所以也自然而然的降低了很多电池的自耗电。电芯的内阻目前已经做到了35mΩ以下。
8、保护板设计简单
聚合物材料本身的安全性很高，电量足够，所以在一些其他电路里考虑的PTC和保险都不用在聚合物锂电池中考虑，大大的降低了生产成本。
9、安全性能好。
聚合物锂电池安全性能比一般的液态电芯好太多，因为采用了和一般金属外壳包装的液态电芯不同的铝外壳包装。不会发生爆炸。
对环境无污染。
聚合物锂电池是真正的“绿色电池”。
2.3 锂电池使用的注意事项
1. 重视短路情况
短路情况是电池要避免的一大问题。锂电池短路情况往往发生在充电的时候。包括：内部短路，外部短路等情况。
即使电路中加入保护电路，防爆线，也不能彻底避免使用时的短路情况。不过可以起一些作用，所以一定要加以重视。
2. 充电不要过充
聚合物锂离子电池，充电的时间一定不能太长，太长时间的充电很可能会发生膨胀。
锂的化学性质很活泼，极易燃烧，所以很可能引起火灾，危险的话，甚至可能导致爆炸。所以一定要避免过充，保持外壳完整，防止引起外壳伤痕。
2.4 锂电池的特性
电池开路电压特性
图1所示:电池SOC和锂离子电池的开路电压的关系
图1 电池充电与放电时的OCVSOC曲线
从图中我们可以知道，这两条曲线的大体形状趋势是一致。可以清晰的看到电池的平台区位于，SOC的中间区域，即SOC（10%90%）之间。电池的OVC几乎没有什么变化。而在SOC的两端，OCV就会有突然发生很大变化。
电池的容量特性
图2 放电电流的不同与容量的关系
从图中可以看出，电池的放电电流和电池实际容量密切相关，电池的容量会随放电电流的变大而减小。
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