锂电池BMS检测系统讲解

1、导言

近年来，便携式电子产品的迅猛发展促进了电池技能的更新换代。锂离子电池因为其具有高能量密度、长寿命、低自放电率、无污染等特性，迅速成为商场的主流电池产品。为了避免电池出现过充电或过放电状况、保证电池的安全性能和避免出现电池特性恶化现象，有必要在锂离子电池组中安装维护电路。一起要锂电池能够安稳牢靠的为设备供给能量，关于电池的智能检测与监控是有必要考虑的环节。锂电池供电是现代便携式设备最合适的供电方案，但其充放电安全性不如镍铬电池、镍氢电池及一般一次性干电池的传统电源。如果充放电办法不对，将会导致锂电池发生安全问题，甚至爆炸，故锂电池有必要参加监控电路以实时监控充放电进程。本文以珠海炬力SOC芯片ATJ2085来规划锂电池的外围检测体系，该规划方案以微处理器作为各种功用操控的中心，除了对锂离子电池组供给过充、过放、过流维护外，还可有用的对锂离子电池组内各单节锂电的充、放电供给平衡维护、能够实时检测出电池所在状况并对锂电池进行维护。

2、ATJ2085的电池监测的功用的使用

ATJ2085为LQFP封装，64针脚，选用内嵌式的MCU和24-bitDSP双处理器体系结构，分别完成针对操作事件操控和多媒体数据编/解码算法的体系级优化，经过数模混合信号技能，在单一硅片上集成了高精度ADC/DAC转换器、USB操控器，实时时钟RTC等。支撑USB2.0（FULLSPEED），支援MP3/WMA/WAV/WMV/ASF等格式媒体播映；支撑MTV电影播映；支撑JPG、GIF、BMP图片浏览。其体系集成度高，外围使用电路简略，拥有功用完善而老练的开发工具和环境。

在ATJ2085中，电池电压从电池电压检测引脚VBATPIN输入，VBAT的电压规模小于3.0伏，所以无论一节碱性电池（1.5V）供电仍是两节碱性电池（3.0V）供电，在外部电池供电电压小于3.0伏时外部都无需求加分压电阻。ATJ2085中有一个4bit的ADC，它把0.9-1.5伏之间的电压16等分为：0.90V，0.94V，0.98V，1.02V，1.06V，1.10V，1.14V，1.18V，1.22V，1.26V，1.30V，1.34V，1.38V，1.42V，1.46V，1.50V。当电池电压大于3.0伏供电时，BATSEL接高电平，决定了从VBATPIN脚输入的电压在比较前会被分压。并且A/D变换出来的数值会每2秒一次被记录在IOPORT（D8H）.BIT［3:0］里，这样软件就能够读回IOPORT（D8H）中的值，与功用标准表（表1）中的值作比较，来确定要显现的电池电量及采取的动作。很明显ATJ2085能在更多点上监测电池电压。

根据微处理器完成锂电池外围检测体系的规划

举例如下：

假定VL0》VL1》VL2》VL3，电池电量显现为3格

选VL0=1.30V，即IOPORT（D8H）.BIT［3:0］=0AH，

VL1=1.10V，即IOPORT（D8H）.BIT［3:0］=05H，

VL2=0.98V，即IOPORT（D8H）.BIT［3:0］=02H，

当VBAT》VL0时，电池电量显现为满格；

当VL0》VBAT》VL1时，电池电量显现为缺1格；

当VL1》VBAT》VL2时，电池电量显现为缺2格；

当VBAT《VL2时，电池电量显现为缺3格，即空格，并闪烁。

另外，当电池的电压低于某个电压时（假定VL2），软件把一些耗电大的电路关断（使用IOPORT操控），如DSP，DAC等等。当VBATPIN脚上的电压低于LBDPIN脚的电压时，ATJ2085仍会被无条件复位。

3、电池检测体系规划

3.1电路规划

在本文中检测电路只是列出锂电池检测电路的原理图，该规划考虑到了锂电池的过压特性，所以选用SC805电池检测芯片来进行硬件电路的规划。如下图所示，电路图一部分是关于USB充电和过压的维护规划，另一部分为电池电量检测

正如ATJ2085的电池监测的功用的使用描绘相同，需求在电池两端连接电阻R424和电阻R422（抱负状况下电阻R424和电阻R422比值应该为1：2）来分压。但是考虑到非抱负ADC的量化距离是非等宽的，这必然导致ADC器件不能彻底正确地把模拟信号转化成相应的二进制码，从而形成信噪比的下降；且ADC每个量化的二进制码所对应的量化距离都不同，为了使规划的体系参数尽可能精确，咱们需求克服微分非线性量化误差。所以需求调整R424和R422的组值（如图1所示）。

3.2电压检测

ATJ2085内部有一个4Bit非抱负ADC.作为检测电源电压之用。此4bitADC能够根据固件（F/W）设定的电压值，产生LB-和LBNMI-信号。关于锂电池，因为自身特性不可能使产生的电压直接能够达到0～1.5，需求使用如下公式分压：

将分压后的值与锂电池实际值进行对应，其电压检测如表2所示：

经过硬件后能够将表2的值对应到表1中去经过调用以下软件流程进行处理。

3.3软件流程

该检测体系软件规划流程如图2所示：

首要清watchdog，然后经过GPIO_A0检测USB状况，接下来进行充电引脚GPIO承认并开端充电，充电时将GPIO_A0（如检测电路图）寄存器的对应方位高电平，一起使用GPIO_B6进行电池状况检测［6］［7］。当需求对4位ADC寄存器读写数据时，需求设置其端口值参数，经过电池状况检测后，最后将检测到的电池参数经过显现函数显现在LCD上。

其初始化代码如下：

output8（0x4e，input8（0x4e）|0x08）//清watchdog

output8（0xee，input8（0xee）|0x01）;//初始化端口参数，开端充电

output8（0xf0，input8（0xf0）&0xbf）;

output8（0xf1，input8（0xf1）|0x40）;

output8（0xee，input8（0xee）&0xfe）;

if（（input8（0x50）&0x40）！=0x40）

if（！（input8（0xee）&0x04））//避免充电黑屏后拔掉USB不开

4、结束语

经过该办法规划的锂电池检测体系不仅能够有用避免电池的过压、过充、过放、过温，一起能够智能监控电池的电压状况；该规划方案简略易行，安稳牢靠，关于嵌入式体系的规划与研制具有一定的指导意义和实践价值。该办法的创新之处在于不论外接干电池、锂电池仍是镍氢电池均能够用该电路规划办法对电池进行监控。