鋰離子電池組在保暖服中的應用

杜艷軍 封百濤

（泰山學院 山東 泰安 271021）

0 引言

隨著電子技術飛速發展，便攜式電器不斷出現，相應的供電設備—電源與電源技術也隨之迅速發展。 當前市場上所出現的保暖服外形笨重、且溫度控制難以操作，生熱效果不佳等問題。 我們從保暖服中核心部件電源入手，利用移動電源的成熟技術， 設計出真正意義上的輕便實用的保暖服裝，保暖服中的電源必須擁有體積小、重量輕、釋放能量高、效能大等優點，使在冬季人們真正體會保暖服裝保暖的意義。

1 電源的選擇

目前，市面上移動電池的種類大體分三類：鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池。

鎳鎘電池可以重復500 次以上充放電，經濟耐用。 其內阻很小，可快速充電，負載電流較大；但它有致命的缺點，存在嚴重的“記憶效應”，電池的電量被完全放盡后才能充電，否則使得服務壽命大大縮短，此外，鎘是有毒的。

鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成，電量儲備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環境無污染。 但價格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差。

鋰離子電池單體電池的工作電壓高達3.7～3.8V， 是鎳鎘、鎳氫電池的3 倍，能量能達到150mAh/g 以上，是鎳鎘電池的3～4 倍，鎳氫電池的2-3 倍，可快速重復充放電充電達到500 次以上，甚至1000 次以上，充電效率高達100%，且自放電遠比其它兩類電池要小，工作溫度范圍寬為-20℃～60℃，循環性能優、輸出功率大，使用壽命長，不含有毒物質，被稱為綠色電池。

針對以上三類便攜式電池的性能比較，保暖服中將采用高容量、重量輕、電壓高、無記憶效應、充電次數多、污染小的鋰離子電池作為發熱能源。

2 電源的連接

為了滿足保暖服工作時要求產生熱量高，持續時間長等要求，必須提高電源的輸出功率和存儲能量。 單個鋰離子電池很難達到這些要求， 我們必須將多個鋰離子電池連接起來，提供更高的電壓和電流。

為了獲得較高的電壓，我們將多個鋰離子電池串聯起來使用，連接如圖1（a）所示，為了獲得更高的電流我們將多個鋰離子電池并聯起來使用，連接如圖1（b）所示。 實際操作教程中，我們采用串并聯方式來獲得輸出的高電壓、高電流，這樣就形成了電池的組合，簡稱電池組。

圖1 電源連接方式

3 電源的檢測電路

保暖服中的電池組在使用的過程中，要顯示它當前的電壓、電流、剩余電量等數值，以確保人們在外出時評估是否有足夠的電量為自己提供足夠長時間的熱量；或提前為電池組充電做了準備；同時在充電過程中，顯示充電狀況，便為人們能準確及時的在充滿電后斷開電源，保護電池組。

我們選擇MAXIM 公司生產DS2762 芯片做為核心部件，實現對鋰電池進行監測的檢測電路，掌握保暖服中電池組的當前狀態。

整個監測系統如圖2 所示， 系統采用片內電阻感應方式，由DS2762 鋰電池監測芯片、51 單片機、液晶顯示模塊組成。 DS2762 監測電池組當前狀態，包括電池組的電壓、電流、充放電狀態、溫度及剩余電量等參數，并把這些數據存儲在存儲器中。 在充電的過程中，會出現過壓、欠壓、過流及短路現象，通過采用場效應管FET1、FET2 構成了DS2762 的充放電保護回路，實現對上述現象的保護。 當用戶需要對電池組的相應參數進行讀取和處理時， 可以通過8051 單片機讀取電池當前狀態信息并送往液晶顯示模塊進行顯示，以便用戶作出相應的處理。 同時本系統也具有掉電保護功能。

圖2 電池組監測系統

DS2762 對電池組各參數的監測

這些參數包括：電池組的工作方式、電壓、溫度及剩余電量。 以下是對各量的監測過程。

1）電池組充、放電工作方式的監測

DS2762 中電流寄存器的值來判斷電池組的工作方式。 單片機每88ms 監測一次電壓,它將檢測的IS1和IS2兩端的壓差（Vis=Vis1-Vis2）轉換成電流存入電流寄存器。 若差值為正值，說明電池組正在充電；若差值為負值，說明電池組正在放電。

2）電池組電壓、溫度的測量

DS2762 芯片內部集成了A/D 轉換器和數字溫度傳感器，通過它們可獲得電池的電壓、溫度等參數，當51 單片機向DS2762 芯片發出采集電壓及溫度的控制命令， 就能利用傳感器完成取樣，并將電壓、溫度的測量值存入相對應的寄存器中，再由單片機讀取寄存器的內容，并在顯示屏中顯示。

3）剩余電量的監測

在人們穿保暖服外出時，首先關心的是保暖服中的電池組的電量情況。 DS2762 芯片能夠實時自動的去測量電池組電流并將它存儲在累加寄存器中，而電池組的剩余電量是利用電流累加寄存器中的值來求得， 所以無須對其進行控制，充電時，該值增加；放電時，該值減少。 單片機根據此值即獲取剩余電量。

4 結論

保暖電路服采用以上電池組及檢測電路體積小巧，攜帶方便，輸出的熱量足，持續時間長，充電方便，并能實時掌握電源的工作方式、電壓、電流、溫度、及剩余電量等參數使用戶更加方便直觀進行相應操作， 提高保暖電路服的可操作性。

［1］孫涵芳.MC51、96 系統單片機原理及其應用[M].北京：北京航空學院出版社，1996.

［2］周志敏.充電器電路設計與應用[M].北京：人民郵電出版社，2005.