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电单车锂电池蓄电池电源管理系统设计

摘要：电池是当代社会中使用最广泛的能源之一，它在为我们提供各种能量

时，也能为人类带来巨大方便。但随着人们生活水平不断提高和对环保意识的增

强，如何在能源与环境的双重难题下提高电源系统的充放电效率，达到节能减排

的目的则值得深入思考。本文设计一种电单车锂电池蓄电池管理体系，希望进一

步提升电源充放电效率，以实现快速充电，并搭建电池模型分析电单车锂电池蓄

电池电源管理系统，提出锂电池蓄电池均衡控制策略，以实现锂电池蓄电池的精

准控制。

关键词：锂电池；蓄电池；双电源；均衡控制

在电池中，锂离子动力电池是一种应用比较广泛的新型能源。它具有高能量

密度、低电压输出和使用寿命长等优点。然而传统的燃料汽车在实际运用过程当

中存在充电速度慢，工作效率较低并且不能满足车辆用电需求大等等问题。蓄电

池也成为二次电池，是直流系统不可缺少的设备，被广泛的应用于变电站中。其

使用优势在于放电后，能够用充电的方式使内部活性物质再生--把电能储存为化

学能;需要放电时再次把化学能转换为电能。本文则以锂电池蓄电池设计一种智

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能控制的电单车电源系统，以锂电池为系统对象、用锂离子作为主要化学传感器

实现电能与电量检测。通过双电平衡原理来控制设备电源升压、升流降达到监测

电池工作状态的目的；同时该方法又可在充电结束后进行保护，当负载断开时再

自动切断电源供电。本文希望在锂电池与蓄电池优势引导的基础上，实现电单

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车电源系统充放电效率的提升，提高电源的使用效率，也满足是新时代双碳建设

目标，达到节能减排的目的。

1锂电池蓄电池电源管理系统技术方案

1.1系统结构

本次设计的电单车锂电池蓄电池电源管理系统结构组成为单片机控制模块、

负载模块、锂电池模块、充放电模块以及蓄电池组模块五大结构组成。基于单

[3]

片机实现双电源性的智能控制，以外部电源实时监测并调整蓄电池的充电状态，

一旦蓄电池模块电量达到预定值，此时，单片机则通过智能控制的方式控制继电

器切断充电电源，并操作蓄电池模块针对锂电池模块实现充电。当锂电池模块充

满电后，系统此时自动断开电路，以锂电池和蓄电池供电的方式，驱动系统负载

电路运行。

[4]

1.2锂电池模块

在电单车的运行中，由于电单车运行的需求，一块电池板一般由几百节电池

单体组成，锂离子电池是目前电单车电池系统的主要选择，锂离子电池具有工作

寿命长、安全性高、可靠性强以及自放电率高等优势[5]。电单车在运行的过程中，

在复杂工况下若只是简单地利用传感器实现电池荷电状态的确定，其实时性和准

确性是难以保障的，要确定最终的荷电状态就需要依靠电力模型来反应电池实际

的动态性能特点，并考虑到模型计算的准确性和复杂性。以等效电路模型来说，

其主要是在利用电感、电容、电流源、电压源的基础上，按照不同的组合方式来

表示电池内外部工作特性。

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1.3蓄电池模块

蓄电池模块是锂电池蓄电池电源管理系统中的核心部分，蓄电池模块的核心

设计要点在于两部分，分别为蓄电池充放电模块的设计以及蓄电池组模块设计。

1.3.1蓄电池充放电模块

蓄电池充放电效率与充放电功率、充电最大电压、放电深度以及串联等效电

阻等有关。本次设计的锂电池蓄电池电源管理系统，以恒电流模式实现充电，

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根据需要选择5V/1A规格的电源实现蓄电池单体充电，蓄电池的规格为3V、150F，

且每次充电时间为80s。以蓄电池作为锂电池蓄电池电源管理系统的储能元件，

为确保蓄电池模块使用安全，率先在系统中接入DC/DC变换器，随后将蓄电池接

入供电电路中。蓄电池充放电时，电容电压出现明显的波动，为此，设计蓄电池

充放电模块时，接入DC/DC变换器达到稳定电容电压的目的。本次锂电池蓄电池

电源管理系统设计所采用的DC/DC变换器为SP1208芯片，该芯片的优势在于电

压稳定，是一款高效率的直流稳压升压芯片，最高可达28V，允许通过的最大电

流为2A。且SP1208芯片具有过热保护、短路保护等功能，适用于本次电路设计

需要。

1.3.2蓄电池