便携式仪表锂电池充电管理和电量检测的实现

　　目前，便携式仪表的应用日益广泛。由于其便携性的特点，便携式仪表必须由电池来进行供电。供电电池的特性对仪表的正常工作有很大影响。在实际应用中，要求供电电池能够满足仪表工作的功率需求，并且要求维持仪表正常工作的时间尽量长。

　　供电电池作为便携式仪表的必备部分，充电管理是锂离子电池的关键技术之一。实现锂离子电池的充电管理，可提升电池组的安全性，效率，寿命，从而提升仪表的整体性能。此外，大多数仪表应用场合需要显示电池组的剩余电量信息，以供使用者明确电池组的工作状态，及时对电池组进行充电。本文针对某一种便携式仪表的需求，设计了锂离子电池组的充电管理模块，提出了满足精度要求的电量检测方案。最后，通过实验对实现方案进行了验证。

　　1　锂离子电池

　　目前，便携式仪表的主流供电电池有铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂离子电池和锂聚合物电池等。与其它主流可充电电池相比，锂离子电池具有高单体电池电压、高比能量、高功率密度、长循环寿命、无记忆效应、低自放电率等优点。基于锂离子电池的优点考虑，在本次便携式仪表的应用中，选择锂离子电池为仪表供电。

　　在本次便携式仪表应用中，仪表正常工作时要求供电电压为12 V，平均负载电流为1. 1 A。最少工作时间为5 h。由于锂离子单体电池最高电压为4. 2 V，一般工作电压范围为3. 0～4. 2 V， 2节单体电池串联后的电压范围为6. 0～8. 4 V。仪表按照负载电流111 A工作5 h，要求的供电电池的放电电量至少为9. 4 Ah (安时)。为了满足仪表正常工作的时间要求，本次仪表应用中选用单节容量2. 2 Ah， 5节单体电池并联的方式来为仪表供电。单体电池标称电压为316V，容量为2. 2 Ah，电池组为2节串联5节并联的结构，电池组总容量为11 Ah。电池组的端电压经过BOOST电路升压到12 V为仪表进行供电。

　　根据锂离子电池的化学特性，在使用过程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学反应。但是对锂离子电池的过度充电将会导致电池内部发生化学副反应，该副反应加剧后，很可能发生漏液、起火、爆炸等危险。供电电池存在的一切安全隐患都将对仪表工作产生很大影响，降低仪表的安全性和稳定性，因此非常有必要对锂离子电池组进行充电管理。此外，本次应用中需要对电池组的剩余电量进行检测，并在仪表显示屏上进行显示，以便使用者掌握电池组的剩余电量。本次便携式仪表应用中，剩余电量检测精度要求为1. 5%。

　　2　仪表中锂离子电池的充电管理

　　根据锂离子电池的特性，对电池组进行充电必须是先恒流后恒压的两段式充电方式 。在对电池组进行充电的起始阶段，先以恒定电流对电池组进行充电，电池组的端电压逐渐上升。当电池组端电压上升到一定值后，再转为以恒定电压对电池组进行充电。在恒压充电阶段，充电电流逐渐减小。