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　　电流测量

　　电流的测量采用精密电流采样电阻测量电流。在电池组的负极串联一个20毫欧精密电阻，通过测量这个电阻的电压降来测量工作电流，电阻精度为0.5%。精密电阻两端电压的测量也是通过MCU内置的ADC采样完成。

　　温度测量

　　温度的测量采用负温度系数的热敏电阻测量温度，通过测量热敏电阻的阻值来测量电池温度，热敏电阻阻值精度为1%。热敏电阻应紧贴电池表面，每两只电池共用一只热敏电阻。

　　3.2均衡保护电路的设计

　　锂离子电池充放电过程中需监测每节电池的电压。因为在同一电流充放电中串联的4节电池的电压升降可能不会完全相同，这将会导致某一电池的过冲或过放，因此要增加电池均衡电路，使4节串联的电池电压大小在一定误差范围内保持时刻一致。在本方案中，利用MCU的I/O口来控制运算放大器，使电压变化较快的电池通过三极管短暂充放电来完成。

　　3.3保护开关的设计

　　保护开关选择功率MOS管作为充电和放电保护开关，MOS管选择为IRF4905。IRF4905S导通电阻为5毫欧，电流为60 A。通过MCU的I/O口来控制MOS管的导通和截止。由于I/O口的功率有限，因此本系统中在I/O口和MOS管中增加了三极管驱动电路。

　　3.4系统低功耗设计

　　对于需要连续供电的器件应选择较低漏电流的器件。稳压电源选择TPS71533，运算放大器选择低功耗运放。测量电路设计了开启和关闭的开关，在不需测量的状态下，采样电路关闭，以减少电能的损耗。在控制上选用低功耗控制策略。智能电池在充电过程、给用电器供电、显示按键按下时，MCU工作在Run模式和Wait模式下，其余时间工作在STOP模式下，MCU工作在STOP模式时，要关闭电压测量、温度测量电路以降低电池能耗。从Stop模式进入Run模式，需外界条件唤醒。唤醒方式采用显示按键唤醒方式、电流唤醒的方式。当显示按键按下时，CPU即由Stop模式进入Run模式；当有电流流过采样电阻时，CPU由Stop模式进入Run模式。Run模式下，10分钟内没有事件发生，MCU自动进入Stop模式。

4系统功能方案及软件设计

　　4.1功能方案

　　4.1.1电池保护管理

　　智能电池管理电路在电池的使用过程中，实时监控电池的电流、电压、温度、容量。智能电池管理系统通过计算，对锂离子电池实现下列保护：

　　(1)充电时，当总容量超过电池规定的最大容量，充电过程中温升大于3℃/2min，充电温度≤ -20℃、≥+55℃，向智能化充电机提供告警信息，并自动切断充电输入。另外当有一个单体电池电压超过4.25V，向智能化充电机发出告警信息，并能自动切断充电输入。

　　（2）放电时，智能管理电路通过对电压、电流测量及上次充电过程数据记录，防止电池过放电损坏。当智能管理电路发现电池继续放电会造成过度放电时(单体电池电压≤2.5V)，智能电池发出告警信息并关闭放电输出。

　　4.1.2温度管理

　　温度、温升对电池的影响是不能忽视的。在使用过程中异常的温升需特别对待，特别是充电过程中大于3℃/2min的异常温升需要采取保护措施。另外温度对电池的剩余容量有显著的影响，温度是剩余容量计算、供电时间预测的重要的修正参数。

　　智能电池采用多点测温对电池进行温度管理，识别电池组温度，单体电池的异常温升，环境温度巨变。智能电池按以下规则识别：

　　（1）充电过程中2个测温点温度值相差不到2℃，连续的温度变化率相差不超过2℃，判别为电池组温度。其它智能设备读取的电池温度为所有测温点的平均值。

　　（2）充电过程中在电池充电容量加上起始剩余容量之和大于70%额定容量时有一个测温点的温度变化率超过3℃/2min，判别为充电异常温升。

　　（3）智能电池被充电唤醒后电池组温度（平均温度）变化率超过3℃/2min需试验确定，判别为环境温度巨变。

　　智能电池在充电的过程中，环境温度在低于电池温度-20℃情况下电池组不允许充电，-20℃~+10℃ 不允许大电流充电，+10℃~+55℃允许大电流充电，在+75℃以上不允许充电。

关键词： 智能电池 单片机 管理系统 SMBus