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1引言
随着工业的不断发展，人们对锂离子电池的需求量也越来越大，因此也推动着能源行业在石化行业的应用。防爆锂离子电池的设计和开发就是避免在石化危险场所中使用锂离子电池时发生爆炸，保证安全运行。由于近期锂离子电池发展迅猛，铅酸电池、镍镉电池、镍铁电池的使用性能在很大程度上受限，且铅和镉都存在一定的毒性和污染，所以作为新一代绿色能源的锂离子电池在解决其防爆安全性能后，将会代替其他电池，得到更多的推广和应用。在锂离子电池的标准出台后，我们可以更好的借鉴隔爆型锂离子电池的设计理念，设计满足电池管理系统和充放电控制系统要求的电路，在这里，本文将设计一种精密和安全的监控电路供读者参考。
2防爆锂离子电池电源电路设计
对于防爆锂离子电池电源电路的设计将会考虑以下几个部分：电池管理系统、充电控制系统、放电控制系统、电源输入、输出系统、温度控制系统等。锂离子电池受周围环境温度有着密切的变化，考虑到电池受温度的敏感性极强所以目前在矿用环境中使用的锂离子电池采用隔爆分腔设计。这种独立分腔设计不仅可以控制电池不受外界温度影响，而且能够隔离单个电池的危险，也就是当锂离子电池发生故障时时，它不会影响正常工作的电路。电池管理系统和锂离子电池组置于一个隔爆腔中，电池的充放电控制系统放在另一个隔爆腔内。实现锂离子电池组或电池管理系统发生故障时，充放电控制系统可以迅速且可靠地断开与锂离子电池组的连接从而不会扩大危险范围。整个系统采用人机界面系统与用户更好地沟通，通过人机界面我们还可以实现对电池电压，温度，充放电状态进行实时监控，利用报警信号实时监控和提醒用户当前电池状态和存在的危险报警，便于用户及时的排除危险因数。
3电池管理系统
锂电池的电池管理系统设计保证锂离子电池发挥最大的经济效益。将分散的电池组装成一个系统，并要保证系统的安全稳定性是一个复杂的过程，一方面要设计电池之间的最优连接方式，这种连接方式不仅装拆方便而且便于日常的现场实际测量单体电池电压等，另一方面要安置好各个单个电池、做好电池的绝缘处理、防水、防塵、防爆设计等。电池管理系统要直观反映出单个电池的电压，单体电池的电流，电池系统的总电压、电流，各个电池的温度，管理系统还要利用这些参数分析出电池的充电状态，是浮充还是均充等。另外还要实现电池的智能充电管理均衡电池的工作状态。电池管理系统是保障电池安全稳定运行的安全卫士，它的功能是否全面不仅直接影响电池的安全和使用寿命还影响着爆炸性环境内的安全，下面对电池管理系统的主要功能做一个陈述：第一，能够智能地检测和显示出单体电池的电压、温度、容量。第二，能够检测电池组的电压、电流并在人机界面系统中直观的反映给用户。第三，能够保证电池工作过程的安全，智能地检测出电池系统的充电状态和放电状态，可以设置安全系数用以控制系统的报警值。第四，能够在人机界面上显示和存储电池充放电信息并能够拷贝相关信息和故障信息，对于故障信息可以发出警报提醒用户及时处理，减小事故范围。第五，能够与其他电源进行交流沟通，能够输出电池信息、接收控制命令。第六，检测和控制电池的温度，确保电池不过热工作，从而减少爆炸危险。第七，对单体电池在长期运行过程中出现的不均衡工作状态可以智能地调节。
3.1充放电保护电路
锂离子电池系统是由多个单体电池组成的，因此在选取控制芯片时应该要考虑到芯片的输入输出端子个数，合理选择芯片，在这里选择ISL2908芯片结合微处理器设计出充放电保护电路，利用软件编程来检测过充放电电压、电流，相关的保护时间和推出保护时间也是由软件来设定，并且可以实现能够通过人机界面来更改相关数据等，使得系统更加直观方便用户使用。v3.2高温保护电路
锂离子电池充放电系统对温度的要求比较高，温度不能过高，高温虽增加了电池的活性，但是其随之增加的也有爆炸性；而温度低虽控制了爆炸的危险，但是电池的活性不高，不利于电池的高效运行，综合考虑后，因此一般要将锂离子电池控制在一定的温度之间，一般能够控制温度在二十摄氏度时其电池的充放电性能最好。利用电力电子技术结合微机处理器和通信技术可以设计出相应的能够控制电池充放电的最佳温控电路。
3.3均衡保护电路
锂电子工作过程中，单体电池的容量、内阻、电压会因为外界的环境因素和电池内部的个性差异导致等不尽相同，这些参数值会随着使用的时间拉开更大的距离，从而影响整个电池组的性能。一旦电池的均衡性遭到破坏就会导致安全隐患，因此，均衡性保护是非常有必要的。
4充电控制系统
根据锂离子电池的化学特性，电池组的充电方法主要有串联充电和并联充电两种方式。充分考虑锂离子电池的特性，其最适宜的充电策略为串联两阶段充电。串联两阶段充电方法它是综合恒流恒压充电，能够实现快速高效地充电。但是其存在的缺点是电路复杂。并联充电方式能够实现单体电池的独立控制，其针对性好，电池均衡一致。综合考虑采用恒流、恒压的串联充电方法，结合微处理器配合高频变压器、开关MOS管、线性光耦、运算放大器等组成充电电路。该充电电路具有响应速度快、稳定性高的优点及短路保护等功能。在充电系统中还应该设计备用充电模块，主用模块和备用模块相互备用，当其中之一发生故障时可以迅速切换到另一方充电模块中，从而提高充电系统的可靠性。
5放电控制系统
为提高电池的活性和寿命，需要定期对电池组放电，在电池管理系统中设计了电池组的过放电保护，在此的设计主要是在电池组的过放电保护的基础上实现对锂离子电池组的定期放电，防止锂离子电池组只处于充电状态而不放电造成活性和寿命降低的缺点。放电控制电路，电源给负载供电的输入VIN，充电电路的输出vc，锂离子电池组的电压VBAT，负载为load，FD1、FD2、FD3为与微处理器引脚相连的放电控制端子。当微处理器接收到远端的放电指令时，先通过FD2关断v9，控制充电电路不给电池组充电，然后通过FD1的电信号关断V4，使前级电源也不能给负载供电，最后，通过FD3的电信号打开V10，使电池组放电。具体的放电电流的大小与实际的放电负荷大小相关，放电时间长短可以由用户通过外围设备设定也可以按照系统软件程序默认。在放电过程中要通过监控设备实时监测各个时段的电池电压情况，如存在异常则需要用户及时予以处理。放电过程中也该监测各个电池的温度变化，实时掌握电池放电情况，保证放电的正常进行。
6结论
在锂离子电池设计成功之后，如何管理和控制锂离子电池的安全充放电，提高其工作效益是我们研究的课题。防爆锂离子电池电源电路利用丰富多样的电力电子技术结合微机技术设计出电池电路，通过这种方法设计出的电池管理系统更方便，大大提高了锂离子电池的安全性能，为矿井的安全提供了有利的保障。该电源彰显了丰富的电力电子技术和芯片结合微机技术并开发人机界面系统得优势，不仅提高了防爆锂离子电池的安全系数，而且更加有利于人机交互的便捷。
随着工业的不断发展，人们对锂离子电池的需求量也越来越大，因此也推动着能源行业在石化行业的应用。防爆锂离子电池的设计和开发就是避免在石化危险场所中使用锂离子电池时发生爆炸，保证安全运行。由于近期锂离子电池发展迅猛，铅酸电池、镍镉电池、镍铁电池的使用性能在很大程度上受限，且铅和镉都存在一定的毒性和污染，所以作为新一代绿色能源的锂离子电池在解决其防爆安全性能后，将会代替其他电池，得到更多的推广和应用。在锂离子电池的标准出台后，我们可以更好的借鉴隔爆型锂离子电池的设计理念，设计满足电池管理系统和充放电控制系统要求的电路，在这里，本文将设计一种精密和安全的监控电路供读者参考。
2防爆锂离子电池电源电路设计
对于防爆锂离子电池电源电路的设计将会考虑以下几个部分：电池管理系统、充电控制系统、放电控制系统、电源输入、输出系统、温度控制系统等。锂离子电池受周围环境温度有着密切的变化，考虑到电池受温度的敏感性极强所以目前在矿用环境中使用的锂离子电池采用隔爆分腔设计。这种独立分腔设计不仅可以控制电池不受外界温度影响，而且能够隔离单个电池的危险，也就是当锂离子电池发生故障时时，它不会影响正常工作的电路。电池管理系统和锂离子电池组置于一个隔爆腔中，电池的充放电控制系统放在另一个隔爆腔内。实现锂离子电池组或电池管理系统发生故障时，充放电控制系统可以迅速且可靠地断开与锂离子电池组的连接从而不会扩大危险范围。整个系统采用人机界面系统与用户更好地沟通，通过人机界面我们还可以实现对电池电压，温度，充放电状态进行实时监控，利用报警信号实时监控和提醒用户当前电池状态和存在的危险报警，便于用户及时的排除危险因数。
3电池管理系统
锂电池的电池管理系统设计保证锂离子电池发挥最大的经济效益。将分散的电池组装成一个系统，并要保证系统的安全稳定性是一个复杂的过程，一方面要设计电池之间的最优连接方式，这种连接方式不仅装拆方便而且便于日常的现场实际测量单体电池电压等，另一方面要安置好各个单个电池、做好电池的绝缘处理、防水、防塵、防爆设计等。电池管理系统要直观反映出单个电池的电压，单体电池的电流，电池系统的总电压、电流，各个电池的温度，管理系统还要利用这些参数分析出电池的充电状态，是浮充还是均充等。另外还要实现电池的智能充电管理均衡电池的工作状态。电池管理系统是保障电池安全稳定运行的安全卫士，它的功能是否全面不仅直接影响电池的安全和使用寿命还影响着爆炸性环境内的安全，下面对电池管理系统的主要功能做一个陈述：第一，能够智能地检测和显示出单体电池的电压、温度、容量。第二，能够检测电池组的电压、电流并在人机界面系统中直观的反映给用户。第三，能够保证电池工作过程的安全，智能地检测出电池系统的充电状态和放电状态，可以设置安全系数用以控制系统的报警值。第四，能够在人机界面上显示和存储电池充放电信息并能够拷贝相关信息和故障信息，对于故障信息可以发出警报提醒用户及时处理，减小事故范围。第五，能够与其他电源进行交流沟通，能够输出电池信息、接收控制命令。第六，检测和控制电池的温度，确保电池不过热工作，从而减少爆炸危险。第七，对单体电池在长期运行过程中出现的不均衡工作状态可以智能地调节。
3.1充放电保护电路
锂离子电池系统是由多个单体电池组成的，因此在选取控制芯片时应该要考虑到芯片的输入输出端子个数，合理选择芯片，在这里选择ISL2908芯片结合微处理器设计出充放电保护电路，利用软件编程来检测过充放电电压、电流，相关的保护时间和推出保护时间也是由软件来设定，并且可以实现能够通过人机界面来更改相关数据等，使得系统更加直观方便用户使用。v3.2高温保护电路
锂离子电池充放电系统对温度的要求比较高，温度不能过高，高温虽增加了电池的活性，但是其随之增加的也有爆炸性；而温度低虽控制了爆炸的危险，但是电池的活性不高，不利于电池的高效运行，综合考虑后，因此一般要将锂离子电池控制在一定的温度之间，一般能够控制温度在二十摄氏度时其电池的充放电性能最好。利用电力电子技术结合微机处理器和通信技术可以设计出相应的能够控制电池充放电的最佳温控电路。
3.3均衡保护电路
锂电子工作过程中，单体电池的容量、内阻、电压会因为外界的环境因素和电池内部的个性差异导致等不尽相同，这些参数值会随着使用的时间拉开更大的距离，从而影响整个电池组的性能。一旦电池的均衡性遭到破坏就会导致安全隐患，因此，均衡性保护是非常有必要的。
4充电控制系统
根据锂离子电池的化学特性，电池组的充电方法主要有串联充电和并联充电两种方式。充分考虑锂离子电池的特性，其最适宜的充电策略为串联两阶段充电。串联两阶段充电方法它是综合恒流恒压充电，能够实现快速高效地充电。但是其存在的缺点是电路复杂。并联充电方式能够实现单体电池的独立控制，其针对性好，电池均衡一致。综合考虑采用恒流、恒压的串联充电方法，结合微处理器配合高频变压器、开关MOS管、线性光耦、运算放大器等组成充电电路。该充电电路具有响应速度快、稳定性高的优点及短路保护等功能。在充电系统中还应该设计备用充电模块，主用模块和备用模块相互备用，当其中之一发生故障时可以迅速切换到另一方充电模块中，从而提高充电系统的可靠性。
5放电控制系统
为提高电池的活性和寿命，需要定期对电池组放电，在电池管理系统中设计了电池组的过放电保护，在此的设计主要是在电池组的过放电保护的基础上实现对锂离子电池组的定期放电，防止锂离子电池组只处于充电状态而不放电造成活性和寿命降低的缺点。放电控制电路，电源给负载供电的输入VIN，充电电路的输出vc，锂离子电池组的电压VBAT，负载为load，FD1、FD2、FD3为与微处理器引脚相连的放电控制端子。当微处理器接收到远端的放电指令时，先通过FD2关断v9，控制充电电路不给电池组充电，然后通过FD1的电信号关断V4，使前级电源也不能给负载供电，最后，通过FD3的电信号打开V10，使电池组放电。具体的放电电流的大小与实际的放电负荷大小相关，放电时间长短可以由用户通过外围设备设定也可以按照系统软件程序默认。在放电过程中要通过监控设备实时监测各个时段的电池电压情况，如存在异常则需要用户及时予以处理。放电过程中也该监测各个电池的温度变化，实时掌握电池放电情况，保证放电的正常进行。
6结论
在锂离子电池设计成功之后，如何管理和控制锂离子电池的安全充放电，提高其工作效益是我们研究的课题。防爆锂离子电池电源电路利用丰富多样的电力电子技术结合微机技术设计出电池电路，通过这种方法设计出的电池管理系统更方便，大大提高了锂离子电池的安全性能，为矿井的安全提供了有利的保障。该电源彰显了丰富的电力电子技术和芯片结合微机技术并开发人机界面系统得优势，不仅提高了防爆锂离子电池的安全系数，而且更加有利于人机交互的便捷。