可編程鋰動力電池充放電管理芯片的研究與設(shè)計.pdf

1、隨著整個社會對環(huán)境保護和能源節(jié)約的日益重視,使用無污染的環(huán)保能源已經(jīng)成為了現(xiàn)代社會發(fā)展的一種趨勢。近年來鋰離子電池作為一種環(huán)保能源在我們的社會生活中得到了越來越廣泛的普及,特別是可充放電的鋰二次電池在我們的生活中應(yīng)用得更加廣泛。 目前市場上比較常用的鋰離子電池基本還局限在手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等消費類電子產(chǎn)品的電源供電上。但日本、美國、德國等許多發(fā)達國家都已經(jīng)在研究和開發(fā)能夠應(yīng)用于環(huán)保汽車的鋰離子動力電池組。 用環(huán)保

2、電池取代過去對環(huán)境污染嚴(yán)重的鉛酸電池已經(jīng)成為一種趨勢。但是目前國內(nèi)外還沒有配套這種大功率鋰離子動力電池組的充電管理芯片出現(xiàn)。而且對于鋰離子電池,國內(nèi)外的生產(chǎn)廠商很多,每個廠商生產(chǎn)的電池的特性參數(shù)都不盡相同,所以我們急需設(shè)計出一種可靠的、安全的、可編程的、通用的、能最大程度上提高電池使用壽命的大功率動力鋰離子動力電池組的充電管理芯片。 本文研究了JTAB協(xié)議及其在ISP方面的擴展應(yīng)用,進而用Verilog對數(shù)字電路進行建模,實現(xiàn)了

3、ISP充電管理芯片的在線配置功能。使得芯片可以通過標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口從PC上位機上下載目標(biāo)電池組的各項規(guī)格參數(shù),配置充電管理芯片,從而實現(xiàn)了芯片對不同規(guī)格的鋰離子電池的通用充電功能。 本文研究對比了當(dāng)前各種針對鋰離子電池的充電方式及當(dāng)前流行的主要的鋰離子均衡充電的方法,比較了其中的優(yōu)劣。在此之外,本文提出了兩種針對鋰離子串聯(lián)電池組的均衡充電的方法。一種是針對鋰離子串聯(lián)電池組的并行充電方式,另一種是針對鋰離子串聯(lián)電池組的脈沖充電方

4、式。兩種充電方式都實現(xiàn)了對鋰離子電池組的快速均衡充電。其中并行充電方式隔離了鋰離子電池組中的單體電池,使用兩階段充電方法,使充電快速而且均衡。而脈沖充電方式極大的減小了鋰離子電池在充電過程中的極化現(xiàn)象,并且復(fù)用了時域空間,極大的提高了充電效率和充電速度,同時也保證了電池組中各個單體電池的均衡,延長了電池組的使用壽命。最后,本文針對提出的兩種充電方式用Matlab對充電系統(tǒng)進行系統(tǒng)級建模,使用Matlab Simulink和Modelsi

5、m進行聯(lián)合仿真。給出了比較滿意的系統(tǒng)仿真結(jié)果。本設(shè)計還對系統(tǒng)的數(shù)字電路模塊進了RTL級編碼設(shè)計實現(xiàn),并對特定工藝庫進行了DC綜合和靜態(tài)時序分析,使設(shè)計電路的時序滿足指定標(biāo)準(zhǔn)的時序約束,給出了基于指定工藝庫的門級網(wǎng)表文件及基于該網(wǎng)表文件的物理版圖。在后續(xù)的工作中,我們就可以在生成的網(wǎng)表文件的基礎(chǔ)上利用諸如Synopsys ICC之類的自動布局布線EDA工具對給出的網(wǎng)表文件進行電路的布局布線工作,最后給出整體電路的版圖,完成整個芯片設(shè)計流程