基于BQ2057的锂电池组充电电路设计

机电技术

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基于BQ2057的锂电池组充电电路设计

郭红英

(漳州职业技术学院 电子工程系,福建 漳州 363000)

摘 要:一种基于新型充电管理芯片BQ2057控制的锂电池充放电控制电路,对二节及多节锂电池串联的电池矩阵进行充电管理。由51单片机对电池阵进行扫描选通控制及预约充电管理,同时外扩数据显示及报警提示功能。每个电池组回路通过一个取样电路向BQ2057反馈充电电压,实时监测充电锂电池组的电压并输出控制信号,并改变充电模式或是切换充电电池组。

关键词:BQ2057;电池组;预约充电;充电模式

中图分类号:TM912 文献标识码:A 文章编号:1672-4801(2012)06-095-03

目前在电动汽车的候选电池中,锂电池的比能量最高。锂电池与人们的日常生活及工作紧密相联,大容量的锂电池及锂电池矩阵的应用方面在技术上仍然面临着容量均衡､在线测量和集中管理等问题。多节锂电池在串联后会因电池的自放电､受热不均､软短路､容量退化等因素产生容量不均衡,这种不均衡将使多节锂电池的串联使用性能受到影响,因此,保持电池在串联使用过程中的容量均衡对放电质量及其使用寿命起着关键性的作用。

基于BQ2057充电管理芯片的扩展应用,可对多节锂离子电池组进行高效的恒流恒压充电,具有重新充电､最小电流终止充电､低功耗睡眠等特性,适用于各种便携式移动终端设备的电源管理,能有效地延长电池寿命且利于管理电路的紧凑设计。

1 BQ2057的功能特性

BQ2057的功能结构及其引脚如图1所示,各引脚功能如下:

的充电情况;

充电电池的充电 SNS引脚:电流检测输入端。

电流情况通过采样电阻由SNS引脚反馈给控制芯片;

用于设置充电补 COMP引脚:充电速率补偿。

偿情况,这是一个可变的调节电压,为充电电池提供了一个可变的充电电流;

CC引脚:充电控制输出。该引脚是内部电路源极开路跟随器的输出,可驱动外部功率管,调节充电电压及电流的大小具有充电开关的作用; TS:温度检测。BQ2057内部含有一个外部电池温度检测电路,当TS脚接VCC/2 时,该检测功能将会被禁用;

STAT:输出三种充电状态指示:充电中､充电完成､充电故障。

BQ2057有三个充电阶段:预充状态､恒流充电和恒压充电阶段。预充阶段BQ2057检查芯片的工作电压VCC是否大于电池阻的预充反馈电压BTA,若VCC小于BTA管理芯片则进入睡眠状态,否则检测电池组温度TS,若VTS1RSNS=

VSNS

(1) IREG

图1 功能结构图

BAT引脚:充电锂电池电压输入端,检测电池

作者简介:郭红英(1983-),女,助教,硕士研究生,研究方向:电源技术｡

式中,IREG为预设的充电电流,查BQ2057的电特性表可得,当VCC值取+12 V时,VSNS取值在115 mV左右,如果设定充电电流为500 mA,则反馈电阻

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机电技术 2012年12月

RSNS值约为0.2 Ω。

DC+BAT+RB1BQ2057DC-SNSCOMPBATCCRB2VCCVSSBAT-TSSTATRSNS 图2 非标准电压的分压式充电电路

当充电反馈电压达到恒压VREG时电池阻进入恒压充电状态,恒压充电至检测电流小于IREG/10(电流终止门限)时电池组充电结束。

BQ2057可实现对4.1 V､4.2 V､8.2 V和8.4 V四个标准电压的充电管理,此外的非标准电压通过在电池组的正负极之间增加分压电阻提取标准的反馈电压,从而实现对非标准电压的充电管理控制,电路如图2所示。 图中RB1与RB2的电阻取值关系可根据公式(2)计算。

RB1R=(N*VCELL

)-1 (2) B2VREG

式中,N为充电电池数;VCELL为电池总电压;VREG

为设置的充电电压。

2 分压式充电电路应用设计

针对BQ2057的充电管理特性,设计了可控的多节锂电池充电电路,并使用51单片机进行选择控制,利用51的丰富资源可以通过编程对充电电压､充电电流进行控制,亦可实现预约充电,同时外扩显示屏进行充电情况的实时显示反馈,而且可以轻松地对电池矩阵进行扫描监测,对单个并联的电池组进行实时反馈,更高效率地进行电池组的管理。设计框图如图3所示,BQ2057管理电路如图4所示。

该设计可以选择性地对2､3､4､5节锂电池进行充电,每一路充电电路通过一个继电器连接到BQ2057充电管理芯片,继电器的通断由一个开关三级管连接到51单片机的I/O口进行选择控制,每次只选择一路进行充电。由于BQ2057W型号是针对8.4 V锂电池进行充电,因此在恒流充电阶段当BAT检测到8.4 V电压时比较器输出控制信号使电池组进入恒压充电状态,当恒压充电结束

时,BQ2057的内部源极开路跟随器关断,CC脚悬空使功率管停止充电工作。若对2节以上锂电池进行充电时,须改变反馈电阻阻值,从而保证在多节锂电池充满电时反馈到BAT脚的电压保持在8.4 V,其电路分压电阻可根据公式(2)计算。

图3 设计结构框图

+30VBAT+BAT+RJ1RJ2RJ310KBQ2057SNSCOMP+12V5KBATBATCCD1+12VK1D2K2D3K3D4K4VCCVSSBAT-TSSTATRSNSP2.3P2.2P2.1P2.0BAT-RJ4BAT10k

图4 分压式电池组充电电路图

锂电池的充放电要求较高,通常BQ2057采用恒流转恒压的充电管理模式。在恒流充电至VREG后转入恒压充电,在恒压充电过程中,充电电流逐渐减小,当电流降至涓流充电电流以内时充电结束。

键盘输入模块实现的主要功能有电路工作模式选择,预约充电输入,各组充电优先权设定。在预约模式下,电路优先选择对预约时间到的电池组进行充电,否则按默认优先权或人工设定的优先顺序进行充电,每收到一个充电完成的反馈信号后便切换到下个优先权高的电池组进行充电,全部充电完毕电路切换到休眠状态。数据显示内容主要包括充电模式､预约时间､充电优先权､已用充电时间､充电状态,通过键盘操作选择显示内容。充电电路工作参数如表1所示。

表1 充电工作参数

BQ2057工作电压TIP127 工作电压

充电电流最大充满电压

/V

/V

/mA

/V

12 30 650 21

3 结束语

如何更好地实现电池组均衡充电及延长电池组使用寿命一直是电池组管理的关键问题。利

第6期 郭红英:基于BQ2057的锂电池组充电电路设计 97

用BQ2057设计的充电电池管理系统不仅仅是针对单体电池,对成组电池更能起到管理作用。本文是BQ2057充电管理芯片的一个扩展应用,可对多节锂电池组进行高效的恒流恒压充电,具有重新

参考文献:

充电､最小电流终止充电､低功耗睡眠､预约充电等特性,该电路亦可扩展为单体电池矩阵监测电路,对单体电池进行充放电的实时在线监测管理,有利于延长电池使用寿命。

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(上接第页)

表1 实验测量结果

调频/Hz

自动测试转速/(r/min)

测速仪测试转速

/(r/min)

1186 1786 2361 2973

相对误差/%

6 结束语

本文介绍了矿井通风机叶轮转速的常用测量方法及其优缺点,介绍了叶尖气压波动法测量矿

0.728 井通风机叶轮转速的原理,建立了测试硬件平台,

并基于LabVIEW开发测试软件平台。该方法测量0.435

精确､使用方便､对机身创伤小､能满足矿井通风

0.4.09

机防爆要求,可对矿井通风机的设计及应用提供

0.351

参考。

20 1194.7 30 1793.8 40 2370.7 50 2983.5

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