基于STM32的锂电池充放电系统的设计——硬件部分
专业：电子科学与技术 学号：111100630 姓名：许金科
指导老师：曾益彬
摘 要
锂电池的使用越来越广泛，为了能够充分发挥锂电池的性能，提高电池使用效率并延长电池寿命，需要设计一个锂电池充放电管理系统，该系统是以STM32为控制核心，通过使用RT9545来实现对电池保护。通过使用电源管理芯片BQ24230实现对锂电池充放电路径管理，通过使用电池电量检测芯片BQ27410来实现对电池剩余电池容量SOC、充电状态、电池电压、电池充放电电流、电池温度等参数的检测。通过使用DC-DC升压芯片LMR62421能够输出稳定的电压，实现对整个系统的供电，最后通过STM32实现对电池状态信息的读取与显示。
关键词：电池管理系统，SOC，充电方式
Lithium Battery Charging and Discharging System
Design Based on STM32———Hardware
Abstract
More widespread use of lithium batteries, in order to give full play to the performance of lithium batteries, to improve battery efficiency and extend battery life, it need to design a lithium battery charge and discharge management system, which is based STM32 control core, through the use of RT9545 to realization of battery protection. By using the power management chip BQ24230 lithium battery charge and discharge path to achieve the management, through the use of battery detection chip BQ27410 to achieve the battery remaining battery capacity SOC, detection current, temperature and other parameters of the battery state of charge, battery voltage, battery charge and discharge. By using the DC-DC boost chip output stable voltage LMR62421 able to achieve power to the entire system, and finally through STM32 achieve read and display the battery status information.
Key words：Battery Management System，SOC，Charge Mode
I
1引言
近年来，随着移动通信网络的普及应用以及便携式设备的快速发展，使得可循环充放
电的电池得到了广泛的应用[1]，锂离子电池凭借着使用寿命长等优势在众多电池材料中脱颖而出[2]，但由于锂电池本身有着较为复杂的化学性质，过放、过冲、过流、高温都会影响电池的寿命损害电池性能甚至出现安全事故，由此可见，设计一个高效安全的锂电池充放电管理系统来提高电池的使用率，实现对整个电池系统保护以及对电池状态信息[3]的监测是非常有必要的。
2 系统的总体设计
2.1 系统实现的功能
本系统主要是实现节锂离子电池的充放电管理，并通过STM32处理器实现对电池状态（1）通过对锂电池特性的分析，确定电池不同充电阶段的充电电流。 （2）通过外部NTC热敏电阻不同的取值实现对充电电池的高温保护。 （3）实现电池动态电源路径管理，能够自适应DPPM与VIN-DPM模式。 （4）能够实现电池过充过放保护，避免锂电池内部发生不可逆的化学反应。 （5）能够通过STM32实现对电池状态信息的采集、处理与显示。
（6）设计DC-DC升压电路提供稳定的电源输出，实现对整个系统的供电。 信息的处理与显示，具体实现的功能如下：
2.2 系统总体设计方案
本系统的整体设计方案主要包括了以下几个部分：电池保护电路模块、电池充放电路径模块、电池信息采集模块、电源模块、总体控制模块、显示模块。系统的总体框图如下图1所示：
图1 系统总体框图
3 系统硬件电路的设计
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本系统核心元器件的使用图如图2所示：
图2 系统核心元器件的使用图
3.1 主控制模块STM32F103C8T6设计
本次主控制模块采用的核心处理器芯片型号是STM32F103RBT6，该芯片具有丰富的内部资源，内部自带具有FLASH、SRAM、以及多个串口、支持USB和CAN接口、内部自带2个12位的ADC、具有RTC功能、51个可用的IO管脚、支持多种程序下载方式[4]。
3.2 锂离子电池保护电路设计
本次系统使用的电池保护电路是以RT9545芯片以及相对应的外围硬件电路，该芯片外围硬件电路如下图3所示：
图3 RT9545保护电路
电路中的两个MOS管Q1 和Q2 是用于电池充电和放电的开关，同时也是作为过流检测元件，当芯片在开关两端检测到大的压降时，就会使得MOSFET截止，进而关闭流过电池的电流，从而达到电池保护效果，对于过压和欠压状态的检测是通过对VDD 和VSS
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之间电压的侦测来完成的[5]。当充电电压高于设定的充电阈值时比较器VD1将会变为低电平，VD4输出高电平，此时COUT管脚变为低电平，使Q2的MOSFET处于截止状态，防止电池出现过充；当放电电压低于预先设定的放电阈值时，此时比较器VD2将会变为低电平，VD变为低电平，此时DOUT管脚将会变为低电平，从而使Q1的MOSFET处于截止状态，最终起到过放保护作用；当电流过大时，内部短路电路检测模块将会变为低电平，从而使COUT引脚变为低电平[6]，使得Q2的MOSFET处于截止状态，起到过流保护作用。
3.3 锂电池充放电路径管理电路设计
本次电池充放电路径管理使用的主芯片是BQ24230，该芯片能够实现可编程输入电流，集成了动态电源路径管理，具有过压保护，可编程预充电和快速充电安全时间，具有NTC热敏电阻输入能实现电池的高温保护，该芯片具有状态指示灯能够指示充电状态和充电完成状态和电源良好指示灯。有输入功率动态管理（VIN-DPM）和动态电源路径管理（DPPM）两种功能，VIN-DPM能够限制输入电流，防止充电器设计不当或USB过大电流对电池造成损坏；DPPM模式下当充电电流不能够提供系统的负载即适配器不能提供峰值系统电流，允许电池以补充系统电流，使系统稳定工作[7]；该芯片能够实现对电池的三个充电阶段：预充电、恒定电流和恒定电压充电，并能够根据电池内部的温度实现对电池的充电电流调整；该芯片集成充电器功率级和充电电流感应功能具有高精度的电流和电压调节环路[8]。
该芯片的外围硬件电路如下图4所示：
图4 锂电池充放电路径管理
3.4 锂离子电池状态信息采集模块
本次锂电池状态信息采集是由主芯片BQ27410以及相对应得外围硬件电路实现的，具
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