鋰電池具有體積小、比能量大、壽命長、放電性能好等特點。短短幾年時間里，已廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機、便攜式DVD及VCD等設(shè)備上，并且隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，還有進一步優(yōu)化的趨勢。鋰電池具有這么多的優(yōu)點，同時它的制造成本卻相對低廉，因此是未來  有前途的便攜性電池。

對于便攜性電池，人們希望在獲得大容量電能的同時，能夠盡量減輕系統(tǒng)的重量，增加電池的效率和壽命。另外由于便攜式設(shè)備的散熱條件一般比較差，所以對整個電源系統(tǒng)的效率也提出了較高的要求。

開關(guān)電源  的特點是效率高。利用開關(guān)電源，可以很有效的減少大容量電池充電系統(tǒng)的功率損耗，從而大大降低整個系統(tǒng)的發(fā)熱量。本文詳細(xì)分析設(shè)計了一種基于開關(guān)模式電源的鋰離子／鋰聚合物智能管理系統(tǒng)。

1智能管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本文中，我們使用目前應(yīng)用  為廣泛的恒流恒壓充電方式，通過使用開關(guān)模式的電源來提供電池充電所需要的電壓和電流，并且應(yīng)用單片機和一系列周邊電路來實現(xiàn)充放電的控制和對電池的保護功能。

利用單片機和開關(guān)電源相結(jié)合，我們就可以構(gòu)造出一個智能化的鋰離子／鋰聚合物電池智能管理系統(tǒng)：開關(guān)電源主功率回路負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化成電池充電所需要的形式，同時應(yīng)盡量提高效率，減小電壓電流紋波；單片機負(fù)責(zé)控制整個系統(tǒng)的運行，包括充電機參考電壓電流值的給定，充電完畢或者保護狀態(tài)時充電機的關(guān)閉，根據(jù)電池電壓、充電電流、溫度等各種參數(shù)來智能監(jiān)測電池充電狀態(tài)和實現(xiàn)對電池的一系列保護功能。

整個智能管理系統(tǒng)分為兩大部分：充電機和電池組。充電機主要包括了主功率回路和一部分的電源控制電路；而電池組部分則包括電池、檢測電路和單片機控制電路。這兩部分通過接口互相連接，能量從充電機傳往電池組，而控制信號一部分控制電池組的充放電回路的開通與關(guān)斷，另一部分則從電池組發(fā)送到充電機，控制充電機的啟動關(guān)閉和輸出恒壓恒流值。圖1為整個系統(tǒng)的框圖。

基于開關(guān)模式電源實現(xiàn)智能管理系統(tǒng)的設(shè)計

圖1充電機部分中，功率回路即為開關(guān)電源，它負(fù)責(zé)給電池進行充電，電源控制芯片接受從單片機傳來的恒壓恒流參考等控制信號，結(jié)合功率回路輸出的電壓電流反饋，實現(xiàn)電路在不同要求下的正確輸出。電池組部分中，單片機通過電壓檢測、電流檢測和溫度檢測等電路，實時地了解電池所處的狀態(tài)，確定電池是否需要充電，充電方式為恒流還是恒壓，何時應(yīng)該結(jié)束充電過程，電池是否有過溫現(xiàn)象的發(fā)生等等。另外，單片機還必須檢測異常情況下，電池的過壓、過流以及溫度過高等現(xiàn)象，及時采取保護措施，同時發(fā)出報警信號及顯示報警原因。外部控制可以預(yù)置恒壓恒流參考值，也可以對充放電過程進行人工干預(yù)。

2電路設(shè)計

電路的設(shè)計包括充電機和電池組兩大部分。

1）充電機的設(shè)計

本文設(shè)計一個工頻輸入，能夠?qū)崿F(xiàn)恒流恒壓輸出的AC／DC開關(guān)電源。充電機的具體指標(biāo)要求如下：輸入電壓：130～265Vac；輸出電壓Uo變化范圍：0～30Vdc；輸出恒流Io變化范圍：0～10A；輸出電壓紋波△Uppm：根據(jù)上述的充電機指標(biāo)，開關(guān)電源的  輸出功率達到了POMAX=UOMAX·IOMAX=30V×10A=300W，假設(shè)電路效率η=80％，  輸入功率為

由于功率較大，我們采用PFC+DC／DC的兩級模式，以增大電源功率因數(shù)，減小對電網(wǎng)的不良影響。

PFC部分采用應(yīng)用  為普遍的Boost電路結(jié)合CCM平均電流模式來實現(xiàn)PFC效果。Boost，PFC的基本電路和波形如圖2和圖3所示：

由圖可見，電感電流的平均值基本跟隨正弦輸入電壓變化，從而使整個電路具有良好的PF效果，較小的THD含量，減小了變流器對電網(wǎng)的不良影響。

由于電路的  輸出功率POMAX=300W，DC／DC部分的設(shè)計選擇功率容量較大、控制相對簡單的雙管正激拓?fù)洌▓D4）。該拓?fù)涫褂昧藘蓚€二極管來復(fù)位激磁電流，同時兩個MOSFET兩端的電壓也被箝位在輸入電壓，因此我們可以選擇耐壓相對較低，導(dǎo)通電阻相對較小的開關(guān)管，有效的降低了電路的導(dǎo)通損耗。但是由于激磁電流必須在新開關(guān)周期開始之前降為零，所以電路的占空比必須限制在0．5以下，從而使激磁能量在一個周期結(jié)束之前完全回饋到輸入端，避免了可能出現(xiàn)的變壓器偏磁甚至飽和現(xiàn)象。

2）控制電路設(shè)計

充電機部分的控制電路主要包括負(fù)責(zé)給充電機部分控制電路供電的輔助電源部分和主功率電路的電源控制芯片部分（包括PFC和DC／DC兩部分的控制），除了恒流參考信號、恒壓參考信號和電路保護信號由電池組部分的單片機發(fā)到充電機控制電路外，其余部分的控制功能全部都由充電機的控制電路自主完成。

PFC電路功率因數(shù)校正主要是PFC電壓調(diào)節(jié)環(huán)和電流調(diào)節(jié)環(huán)的設(shè)計，電壓調(diào)節(jié)環(huán)的設(shè)計如圖5所示，電壓調(diào)節(jié)環(huán)的設(shè)計不僅僅需要提供電路的穩(wěn)定性，而且必須衰減二次諧波對THD的影響。電壓調(diào)節(jié)環(huán)的設(shè)計如圖6所示，與電壓調(diào)節(jié)環(huán)不同的是，電流調(diào)節(jié)環(huán)的帶寬必須足夠大，以使PFC電流能夠緊跟輸入電壓的變化。

DC／DC部分采用具有電流前饋環(huán)節(jié)的電流控制模式。電流控制模式由于電流環(huán)的前饋作用，使整個系統(tǒng)成為一個單極點的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)環(huán)就相對容易穩(wěn)定。充電器的恒流恒壓輸出都通過DC／DC的輸出來實現(xiàn)，所以DC／DC部分的控制回路必須要有兩個并聯(lián)的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)：電流調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)。兩個調(diào)節(jié)環(huán)的參考值都由單片機提供，電路如圖7所示。

（2）單片機部分及保護電路的設(shè)計

在整個智能管理系統(tǒng)中，單片機作為整個系統(tǒng)的控制者，起著非常重要的作用。它必須能夠根據(jù)電壓、電流采樣，判斷電池目前所處的狀態(tài)；針對不同的狀態(tài)，決定允許哪些操作，禁止哪些操作，并通過液晶顯示告知用戶；在電池狀態(tài)不正常時，它應(yīng)該能夠及時發(fā)現(xiàn)并且通過報警手段提醒操作人員的注意。