鋰電池的充電、管理和保護

摘 要：針對如何快速充電并有效地保護和延長電池使用壽命，提高電池組整體的能量效率及使用可靠安全度，文章利用HT46R23單片機微處理機設計了一款鋰電池充電和管理保護板，本設計能對電池充放電過程進行全程監控，及時取樣并進行各種變數的比較，做出明確的決策，提供有效數據顯示。

關鍵詞：HT46R23單片機；ReflexTM；溫度感測；AD590；類比電壓

1 概述

近年來，由于石油枯竭出現的能源危機，以及人們環保意識的增強，整個世界對于可再生能源的需求日益增加，可再生能源具有取之不盡用之不竭的特點。主要有太陽能、水能、風能、地熱能等。太陽能電池、風力發電電池等各種攜帶式電子產品，都需要電池。如果能好好地利用鋰電池的特性并且好好地管理使用，這將對人們生活產生很大的幫助，對環境污染的負擔減輕很多。

電池是主要儲能元件，最新科技發現，鋰鐵電池具備體積小、能量密度大、單體電壓高、自放電率低、內阻小等優勢，更具有高能量密度及高循環性能，瞬間大功率充電，并瞬間大功率輸出及強續航力等優點，是一個不錯的新型儲能元件，若能夠快速的充電并保護，并能有效安全管理電池，成為較理想之儲能元件，是主要的目標，若能用微處理機執行整個鋰電池充電放電控制管理，應該是一個較好的方法。

然而如何快速充電并有效地保護和延長電池使用壽命，提高電池組整體的能量效率及使用可靠安全度，是鋰離子電池在電能實際應用中必須解決的問題，所以研究鋰離子充放電特性和安全有效的管理系統具有劃時代的重大意義。

2 研究方向

（1）如何快速的充電、安全有效保護電池和有效管理電池是其研究的目標。

（2）盡可能對電池充放電過程進行全程監控，及時取樣并進行各種變數的比較，做出明確的決策，提供有效數據顯示，這包括整組電池組的電壓、電流、溫度及電能等功能。

3 工作原理

（1）本系統的微控中心，用盛群公司的HT46R23單片機微處理器執行整個系統的控制工作，這種全數位化的控制方式將使系統簡單化，不會有復雜的控制電路，而整個系統的更新、修改以及參數的調整修改可便攜進行，然而可針對不同的需求及功能，調整部分硬件電路。

（2）主控元件采用切換式電力電子（常用的功率型MOS器件并配合常用的PWM的單片機控制）。

（3）參數感測：對于電池組充放電過程的執行參數監控，溫度、電壓、電流及電量等即時顯示電池狀況。

電池保護：保護電池不過充、不過放和不過溫。

顯示變數：適時顯示電池的各項功能參數和執行狀態。

電池診斷：電池可進行篩選，在電池老化時提供訊息，進而提高電池的整體效能，延長電池的使用壽命。剩余電量預測功能：電池剩余電量預估，有助于使用者對電池有效的使用管制。

（4）電池充電的方式有常用的下列幾種：定電壓充電法、定電流充電法、定電流切換定電壓充電法、脈沖式定電流充電法及ReflexTM擾動法等方法，本課題采用ReflexTM的改進方式，如此便可以增加電池的壽命及改善電池的電極氧化物形成問題。

（5）分相脈沖充電和ReflexTM擾動與平衡電路圖，利用一般電路將AC110V 60HZ轉換成DCV 15V至直流電壓作為輸入，經由M1、M2、M3及M4配合L達成平衡充電及放電。如此以來便可以提高有效的提高電能使用效率，達到電池上充下放及下充上放之特性。

（6）圖1為鋰電池溫度感測監控電路圖，是利用AD590感測溫度，經由LM324之運算放大器處理后，等量之類比溫度轉換成類比電壓送入 HT46R23類比輸入。

（7）如圖2為鋰電池放電保護及管理電路圖，利用電子開關及電流轉換成類比電壓，經方程式的計算（Q=IT）得知電池放電量，進而管理電池。

（8）鋰電池管理顯示圖透過HT46R23與16*2 LCD顯示器經由程式顯示，鋰電池的充電電壓、溫度及放電流量等，方便監測電池的狀況。

4 結束語

本設計微控中心用HT46R23單片機微處理器執行整個系統的控制工作，這種全數位化的控制方式將使系統簡單化，不會有復雜的控制電路，能對鋰電池進行快速充電、對充放電過程進行全程監控，并能有效地提高電池利用效率，但也存在一些不足支出，設計中也常常會有電路上的一些問題，當調試完成后仍然有很多問題需要克服，相信未來若能更好地利用鋰電池的特點，在未來綠色能源及環境保護上人們會更盡一份力量。

參考文獻

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作者簡介：張燕平（1980，12-），女，助教，教師，研究方向為電氣自動化。