电源技术中的便携式仪表锂电池充电管理和电量检测的实现电源技术中的便携式仪表锂电池充电管理和电量检测的实现
摘 要:为防止电池被过充，提升电池组的寿命、效率和安全性，分析了锂离子电池的特性，针对某种便携式仪
表的应用需求，设计了锂离子电池组充电管理模块，提出了满足仪表应用精度要求的剩余电量检测方案。介绍
了充电管理模块的硬件设计和剩余电量检测的具体实现方案，并在某种便携式仪表上进行了实验验证。结果表
明，该充电管理模块可以实现对电池组精确的充电管理，提出的剩余电量检测方案可以满足仪表要求的电量检
测精度。设计的充电管理模块和提出的电量检测方案在便携式仪表的应用中体现出很好的实用价值。 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
摘 要:为防止电池被过充，提升电池组的寿命、效率和安全性，分析了锂离子电池的特性，针对某种便携式仪表的应用需
求，设计了锂离子电池组充电管理模块，提出了满足仪表应用精度要求的剩余电量检测方案。介绍了充电管理模块的硬件设计
和剩余电量检测的具体实现方案，并在某种便携式仪表上进行了实验验证。结果表明，该充电管理模块可以实现对电池组精确
的充电管理，提出的剩余电量检测方案可以满足仪表要求的电量检测精度。设计的充电管理模块和提出的电量检测方案在便携
式仪表的应用中体现出很好的实用价值。
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 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 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。
当充电电流减小为C /40至C /30时，就认为电池已经充电完毕 。
2. 1 充电管理模块 充电管理模块
在本次便携式仪表的应用中，选择BQ24702芯片来实现锂离子电池组的充电管理和主备电的切换。BQ24702芯片是美国
TI公司生产的锂离子电池充电管理芯片。该芯片的主要功能有:采用动态能量管理来尽量减少充电时间、可以实现0. 4%的充电
电压精度和4%的充电电流精度、带有300 kHz的PWM控制器实现充电控制、过放指示可以保护电池过度放电等。
锂离子电池组充电管理原理示意图如图1所示。
图1中Vadp为交流适配器输入的12 V电源，它直接为BQ24702 来供电， Vbat为电池组的端电压。
VREF为内部5 V基准电压， R7 和R8 分压来设置SR-SET的端口电压，以此来设置电池组的恒流充电电流。R1 为检流电
阻，根据文献中要求，取值为25 mΩ。R1 上的电压VR1作为差分电压输入到SRP和SRN口。Vbat为锂离子电池组的电压。
Vba t经分压后输入到BATP端口，用于检测电池组电压。对于本次选定的锂离子电池组，设定开始的恒流充电电流为2. 5 A，
当电池组端电压上升到8. 4 V后，转为恒压充电方式。
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