Thiết kế, chế tạo mạch cân bằng cho 12 cell nối tiếp trong bộ pin của máy đẩy Cuda M1200

Thông tin khoa học công nghệ 
T. Đ. Cường, , P. S. Tùng, “Thiết kế, chế tạo mạch cân bằng  máy đẩy Cuda M1200.” 222 
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH CÂN BẰNG CHO 12 CELL NỐI TIẾP 
TRONG BỘ PIN CỦA MÁY ĐẨY CUDA M1200 
Trịnh Đình Cường1*, Nguyễn Văn Khôi2, Trần Ngọc Lâm2, Phạm Sơn Tùng1 
Tóm tắt: Bài báo thực hiện việc thiết kế, chế tạo mạch cân bằng điện áp cho các 
bộ pin gồm 12 cell Li-ion ghép nối tiếp dùng trong khối pin của máy đẩy Cuda 
M1200. Với mục tiêu là tăng độ an toàn và sử dụng hiệu quả cho các khối pin Li-
ion nói riêng, bài báo tạo tiền đề cho việc mở rộng nghiên cứu ứng dụng các hệ 
thống quản lý, giám sát và bảo vệ các khối pin nói chung trong các trang thiết bị khí 
tài quân sự hiện nay. 
Từ khóa: Hệ thống quản lý pin; Quản lý cell; Bảo vệ cell Li-ion; Cân bằng cell Li-ion. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Ngày nay, pin Lithium-ion (Li-ion) là loại pin sạc được sử dụng phổ biến nhất trong các 
thiết bị điện cầm tay, bởi mật độ năng lượng cao, số lần sạc lớn và tỷ lệ tự xả thấp. Bằng 
cách ghép nối tiếp hoặc song song nhiều cell Li-ion với nhau, tạo nên các bộ pin với điện áp 
và dung lượng lớn, dùng cho các loại xe điện, xe máy điện và ô tô điện. Pin Li-ion đã và 
đang được chú trọng phát triển nhiều trong quân đội, ứng dụng cho các loại máy thông tin, 
phương tiện di chuyển chạy điện trên mặt đất, dưới nước và làm nguồn riêng cung cấp điện 
cho một số loại vũ khí trang bị và khí tài đặc chủng như ngư lôi, thủy lôi,... Một trong những 
vấn đề quan trọng nhất của pin Li-ion là độ an toàn, do pin Li-ion chứa dung dịch điện ly dễ 
cháy, lại được nén dưới áp suất cao nên nó trở lên đặc biệt nguy hiểm khi bị rò rỉ hoặc sạc, 
xả với dòng điện lớn. Nhiều trường hợp cháy nổ đã xảy ra khi sử dụng pin Li-ion. 
Để tăng độ an toàn và kéo dài thời gian sử dụng hiệu quả của một khối pin Li-ion, các hệ 
thống quản lý pin (Battery Management Systems – BMS) được sử dụng kết hợp với bộ pin để 
thực hiện nhiệm vụ giám sát, quản lý và bảo vệ toàn bộ khối pin và từng cell Li-ion bên trong 
khối pin đó. Để thực hiện các chức năng trên, một hệ thống quản lý pin thường gồm các khối 
chức năng như bảo vệ, giám sát, cân bằng cell và truyền thông. Các bộ pin Li-ion đang sử 
dụng hiện nay mới chỉ dừng ở chức năng bảo vệ, giám sát và truyền thông đối với cả khối pin. 
Do sự sai khác nhau về thành phần hóa học, bản thân các cell Li-ion cùng loại cũng có sự sai 
khác nhau về đặc tính điện. Khi ghép nối tiếp, song song nhiều cell, khối pin sẽ xuất hiện sự 
mất cân bằng giữa các cell và nhóm cell bên trong. Đặc biệt, khi sạc cho nhiều cell ghép nối 
tiếp, sẽ xuất hiện việc một 1 cell đã được sạc đầy trong khi cell bên cạnh vẫn chưa được sạc 
đầy, hoặc việc 1 cell bị xả quá ngưỡng trong khi cell kia vẫn đang xả. Nếu sự chênh lệnh điện 
áp giữa 2 cell liên tiếp lớn, dòng điện sạc cho cả khối pin vẫn được duy trì ở mức cao để sạc 
đầy cho các cell khác. Khi đó, cell đã sạc đầy vẫn có dòng điện sạc đi vào, gây ra hiện tượng 
quá áp và làm cho nhiệt độ cell tăng lên, điều này hết sức nguy hiểm khi khối pin được đặt bên 
trong hộp kín, không có khả năng đo kiểm điện áp và nhiệt độ bên trong khối pin. 
Việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mạch cân bằng cell không chỉ giúp khối pin an 
toàn hơn, chu kỳ sống dài hơn mà còn giúp cho thiết bị sử dụng pin đó an toàn, kéo dài 
thời gian sử dụng hiệu quả. Đặc biệt là các thiết bị quân sự phục vụ cho huấn luyện, diễn 
tập và chiến đấu của bộ đội. Bài báo này trình bày một phương pháp thiết kế, chế tạo mạch 
cân bằng cell dùng cho các khối pin gồm nhiều cell Li-ion mắc nối tiếp nhau. 
2. NỘI DUNG 
 2.1. Cân bằng cell là gì 
Cân bằng cell là một kỹ thuật trong đó mức điện áp của từng cell riêng lẻ ghép nối tiếp 
trong 1 khối pin được duy trì bằng nhau để khối pin đó đạt được hiệu quả sử dụng cao 
Thông tin
Tạp chí Nghi
nh
hư
cell
và không s
cao nh
cách n
sánh đi
đóng, m
ch
khác nhau.
với các biến thể cell giống nhau.
dòng x
ion ghép n
thư
tập trung v
2.2. 
đư
dòng cân b
dụng chính sau:
2.2.1. S
và cân b
trở cân bằng). Mỗi cell mắc nối tiếp trong 1 khối pin có một điện trở cân bằng ri
đư
cho cell có đi
ất. Thông th
ớng thay đổi do nhiều lý do, v
. Khi đó, kh
Nguyên lý th
ạy qua mạch FET v
Các nguyên nhân gây ra m
- M
- Khác nha
- Khác nhau v
- Hi
Hi
ớc mạch m
K
Kỹ thuật cân bằng cell thụ động l
ợc sử dụng trong những thiế
Phương pháp này s
ợc nối qua một Mosfet nh
Bộ điều khiển cân bằng sẽ th
ất th
ối song song với các cell đó bằng một mạch FET v
ện áp đầu ra với điện áp ng
ất cân bằng trong quá tr
ả thực hiện.
ện t
ện nay, nhiều kỹ thuật khác nhau đ
ỹ thuật cân bằng cell
ạc 
 khoa h
ử dụng đẩy đủ điện áp của khối pin. Do đó, để sử dụng khối pin với hiệu quả 
ì b
ở mạch FET v
ư
ối tiếp, t
ào k
ằng, thời gian cân bằng
qua 
ằng nó với các cell khác. Điện trở Shunt n
ên c
ắt buộc phải có cân bằng cell đi k
ợng nhiệt cục bộ: l
ọc công nghệ 
ứu KH&CN 
ường khi sạc hoặc xả 1 khối pin, điện áp của từng cell b
ối pin sẽ bị quá nhiệt tại cell, suy giảm chất l
ực hiện cân bằng 
u v
à lựa chọn kỹ thuật t
ỹ thuật cân bằng cell thụ động cho các cell ghép nối tiếp.
điện trở Shunt
ện áp cao h
ề dung l
ề trở kháng của từng cell: gây ra sự khác nhau về điện áp khi d
ùy thu
à th
à cell đó đư
ử dụng một điện trở Shunt l
Hình 1.
ư
ộc v
ơn các cell khác. Khi Mosfet đư
quân s
ực h
ợng của từng cell: th
 th
ư h
 M
iện việc bỏ qua cell đ
ất cân bằng cell 
ình s
àm suy gi
ào các tiêu chí v
ụ động
t k
ình 1.
ạch cân bằng sử dụng điện trở bỏ qua.
ự, Số
à s
cell là b
ợc bảo vệ.
ế có sự giới hạn về kích th
. K
ường xuy
ự thay đổi mức điện áp n
ưỡng ban đầu. Căn cứ kết quả so sánh để điều khiển 
ạc: do các cell đ
ương 
à k
ỹ thuật cân bằng thụ động gồm có 2 ph
 61
ảm một số
ư
ứng. Trong phạm
, 6 
ỏ qua một v
ợc sử dụng để cân bằng điện áp của các cell Li
ỹ thuật cân bằng đ
ên đo đi
- 20
èm.
[1]
ề hiệu quả, loại h
19 
 g
ường khoảng 1% đến 2% dung l
àm t
ày đư
ã 
ồm:
 cell nhanh hơn cell khác.
ện áp của từng cell v
ài cell trong quá trình s
đầy hoặc cạn. Khi đó d
ược sạc với các mức trạng thái sạc 
ải giả để xả điện á
ợc gọi l
à đi
ày làm m
ượng của cell, không sạc đầy 
ều khiển bằng thuật toán so 
vi nghiên c
ơn gi
ợc bật, cell đó bắt đầu phóng 
ình s
ước, chi phí v
à đi
ản nhất trong tất cả, nó 
ện trở bỏ qua (hay điện 
ất cân bằng giữ các 
ử dụng, chi phí, kích 
ứu n
p dư khi cell đ
à s
ên trong có xu 
ày, bài báo ch
à yêu c
ương pháp s
ẽ bật Mosfet 
ạc, xả, bằng 
òng 
òng x
đi
ượng đối 
êng và 
223
ện chỉ 
ạc v
ầu về 
à 
-
ỉ 
ử 
ầy 
Thông tin khoa học công nghệ 
T. Đ. Cường, , P. S. Tùng, “Thiết kế, chế tạo mạch cân bằng  máy đẩy Cuda M1200.” 224 
điện qua các điện trở cân bằng. Dựa vào giá trị điện trở cân bằng, có thể tính được 
dòng tiêu tán của cell đó. Ngoài ra, còn sử dụng một tụ để lọc các xung điện áp cao 
trong quá trình chuyển đổi. 
Phương pháp trên có một nhược điểm là phần lớn dòng xả trên Mosfet được tích hợp 
vào IC điều khiển, dễ gây hỏng IC và do đó phải giới hạn dòng xả ở giá trị thấp và do đó 
làm tăng thời gian xả. Một cách khắc phục nhược điểm này là sử dụng IC cân bằng cell kết 
hợp với Mosfet ngoài để dẫn dòng xả chạy chỉ chạy qua điện trở cân bằng, không làm 
hỏng IC cân bằng như hình 2. 
2.2.2. Các IC cân bằng cell thụ động 
Phương pháp này sử dụng các IC có chức năng cân bằng cell bên trong, phối với với 
một mạch cân bằng ngoài để bảo vệ IC và tăng tốc độ cân bằng nhanh hơn. 
Trong hình 2, Mosfet kênh P được tích hợp sẵn ở bên trong IC cân bằng, bình thường 
Mosfet Q1 sẽ được kích hoạt bởi IC khi kết nối với cell. Khi đó cell sẽ xả điện thông qua 
R1, R2, giá trị R2 được lựa chọn sao cho với 1 giá trị dòng điện xả nào đó, điện áp rơi trên 
đó đủ để kích hoạt Mosfet kênh N, khi đó điện áp cell đạt điện áp ngưỡng thiết lập ban đầu 
để cân bằng cell. Khi đó Mosfet Q2 được bật, dòng điện bây giờ sẽ chạy qua điện trở cân 
bằng R_Bal. Giá trị R_Bal được lựa chọn thấp và chịu công suất lớn để có thể cho dòng 
điện xả lớn đi qua, và do đó, cell sẽ xả điện nhanh hơn, thời gian cân bằng ngắn hơn. 
 Hình 2. Mạch cân bằng sử dụng IC cân bằng cell thụ động. 
Khi điện áp cell nhỏ hơn điện áp ngưỡng, thì hết cân bằng cell, lúc này Mosfet Q2 bị 
tắt bởi IC, dòng điện xả của cell sẽ lại chay qua R1 và R2. Khi đó Mosfet Q1 bị tắt và 
dòng điện cân bằng bị ngắt. 
Hiện nay, giải pháp cân bằng cell thụ động bằng IC chuyên dụng gồm 2 loại: loại IC 
chỉ có 1 chức năng cân bằng cell và loại IC tích hợp nhiều chức năng quản lý pin, trong đó 
đó chức năng cân bằng cell bên trong, tùy theo ứng dụng cụ thể mà sử dụng loại IC tương 
ứng. Trong hầu hết trường hợp, ứng dụng đã yêu cầu cân bằng cell thì thường yêu cầu cả 
các chức năng về quản lý, giám sát và bảo vệ toàn bộ khối pin. Do đó, việc sử dụng các IC 
quản lý pin nói chung thường được ưu tiên lựa chọn hơn trong các thiết kế liên quan pin 
Phương pháp sử dụng các IC cân bằng cell được sử dụng nhiều nhất trong kỹ thuật cân 
bằng cell thụ động, nhờ tính đơn giản, chi phí thấp và đặc biệt phù hợp cho những thiết bị, 
khối pin yêu cầu giới hạn kích thước mạch cân bằng cell. Lúc này, thay vì thiết kế, tính 
toán rất nhiều về phần cứng, chúng ta sử dụng vài IC chuyên dụng có sẵn của các hãng 
nổi tiếng như Texas, Seiko, Linear, Intersil,... để xây dựng nên các mạch cân bằng cell 
Thông tin
Tạp chí Nghi
tương
kết hợp kiểu xếp tầng để giám sát nhiều cell c
phí phát tri
3
3.1. Xác đ
ghép song song, m
NCR18650B, d
thi
áp và nhi
nhi
bằng cell cho các pack pin gồm 12 cell ghép nối tiếp, mỗi cell đ
bằng ri
3.2. Tính toán, thi
vị trí lắp đặt các cell Li
toàn b
của bộ pin; v
của h
qu
giá tr
lưu tr
đọc, ghi theo thuật toán đ
với BQ76940
kết quả quản lý pin với máy tính hoặc mạch quản lý khác. Khi đó, bộ pin máy đẩy cần sử
dụng nhiều mạch quản lý pin BQ76940
từng cell Li
. THI
Bộ pin của Máy đẩy Cuda M1200 đ
ết kế tích hợp với hệ thống quản lý pin BMS gồm các mạch giám sát (d
ệt), mạch cân bằng cell v
Trong ph
M
- Ngư
- Dòng cân b
Do kh
Trên cơ s
ản lý cân bằng cell theo từng nhóm 5 cell li
Tr
 ứng, ng
êng.
ạch cân bằng cell cần đạt các thông số nh
ộ hệ thống mạch BMS l
ãng Texas, BQ76940 
ị đo (đi
ữ trong các thanh ghi b
ong thi
 khoa h
ển.
ẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH CÂN BẰNG CHO 12 CELL NỐI TIẾP TRONG 
ịnh y
ệt độ), mạch bảo vệ (quá d
ỡn
ối pin đ
ên c
ư
ạm vi b
g đi
à thu
ở đó, nhóm nghi
ện áp v
ết kế n
 đ
-ion bên trong b
ọc công nghệ 
ứu KH&CN 
ỡng điện áp cân bằng đ
êu c
ải điện áp hiệu dụng 2,5 
ện áp mất cân bằng cell l
ằng cell l
ư
ể ghi/đọc dữ liệu từ các thanh ghi; tính toán, l
ầu b
ỗi pack cell ghép nối tiếp 12 cell Li
ết kế mạch cân bằng cell
ợc thiết kế, chế tạo theo kích th
ận tiện v
à nhi
ày, nhóm nghiên c
ài báo này, chúng tôi ch
BỘ PIN C
ài toán
à 50mA t
-ion g
ệt độ), thông tin trạng thái của từng cell, của cả pack cell đều đ
ã có trong Vi 
Hình 3.
quân s
à m
à gi
ên c
[4]
ên trong. Thông tin trong các thanh ghi này đư
ộ pin.
ạch 
ần n
à ph
ảm chi phí trong thiết kế, sửa chữa v
ứu lựa chọn sử dụng IC chuy
, m
ự, Số
ỦA MÁY ĐẨY CUDA M1200
ại 4,1V khi sạc
hư không thay đ
ải nhỏ gọn; khi lắp v
ột IC n
Mạch cân bằng ngo
òng x
truy
đi
 61
ược đặt bằng phần mềm. Các IC n
ã ch
ền thông. 
à 50mV khi s
ày có th
ều khiển thông qua giao tiếp I2C.
ứu sử dụng vi điều khiển MSP430G2553 giao tiếp 
-
, 6 
– 4,2V. Đ
ả, quá d
MSP430G2553 x
- 20
ùng lúc và do dó ti
ế tạo cấu trúc l
ỉ tr
ư sau:
ể quản lý tối đa 15 cell nối tiếp, v
ên ti
19 
òng s
ình bày v
ư
ếp. Các thông số thiết lập ban đầu v
ể đảm bảo an to
ạc
ớc có sẵn b
ổi đ
ài kênh P 
ạc, quá áp, áp thấp, quá nhiệt, d
ư
ào không thay đ
-ion, cell Li
ề việc thiết kế, chế tạo mạch cân 
ợc, v
à 12S12P, g
ì v
ên d
ưu tr
ếp chồng nhau để quản lý tới 
[3]
ên trong thân máy đ
ậy y
ụng quản lý, kiểm soát pin 
ữ dữ liệu v
.
ết kiệm thời gian v
ược nối với 1 mạch cân 
à phát tri
-ion s
àn, kh
êu c
ổi kết cấu của đ
ày có th
ồm 12 pack cell 
ầu chung đối với 
ử dụng l
ối pin sẽ đ
òng 
ển sau n
ợc cập nhật v
à truy
đi
à th
ể sử dụng 
ện, điện 
ẩy, n
ày. 
ực hiện 
ền thông 
225
à chi 
à lo
ư
ã có 
à các 
ư
ại 
ợc 
ưới 
ên 
ợc 
à 
226
chúng tôi s
xả điện của cell khi cân bằng, s
kỳ xung cân bằng của BQ76940 v
kế y
là 51,25 mA. Công su
bằng sử dụng có giá trị l
càng nh
hãng Texas, nhóm nghiên c
giá tr
IC BQ76940 có các m
Trong đó:
- R
êu c
Do đó, ch
- Khóa Fet dùng đ
- Diode zener dùng đ
- Đi
- Khâu l
T. Đ. Cư 
bal 
ầu d
ỏ c
ện trở cổng R
ị điện trở lọc R
ử dụng mạch cân bằng ngo
là đi
àng t
ện trở cân bằng, d
òng cân b
ọn điện trở cân bằng: R
ọc đầu v
ờng, 
ốt, với thời gian đóng mở nhanh 
g
ào RC dùng đ
c
Hình 4.
, P. S. Tùng
ằng 50mA tại 4,1V, điện trở cân bằng đ
ất r
ể đ
 dùng đ
 =1k
ơi trên đi
à 56
ưa d
ể bảo vệ cổng cho Fet v
Ω, t
ạch cân bằng trong, tuy nhi
Ω, 201
òng 
ứu lựa chọn sử dụng MosFet đôi FDY1002PZ 
ể giới hạn d
ụ điện C
 M
ơ đ
ùng đ

ạch cân bằng cho cell số 1 đến cell số 8.
, “Thi
ồ chung nh
ể thiết lập d
ào kho
=
ện trở cân bằng v
0, 1%, 0.75W.
điện qua điện trở cân bằng. Việc lựa chọn Fet dựa v
ể lọc các xung điện áp cao trong quá tr
ết kế
ài 
4
50
bal 
c 
[4
ảng 70% đối với các giá trị đo l
,1	
	
= 56 
òng 
= 1uF
, ch
], và l

∗
Ω, lúc n
đi
ế tạo 
ư trong h
òng cân b
70
ện chạy qua Fet, 
. 
ựa chọn Mosfet k
%
[1]
à sử dụng Diode zener 5,6V
mạch cân bằng
= 57
ày dòng 
ào kho
. Đ
ên dòng cân b
ình 3.
ằng. Theo t
,4
ể ph
ư
	Ω	
ảng 0,21W, do đó điện trở cân 
ù h
Thông tin khoa h
ợc tính 
điện cân bằng đ
ợp với các d
[3]
 thư
máy đ
ênh P đ
ài li
[1] [3
ờng chọn R
ằng quá nhỏ, do vậy 
ệu 
ường. Do đó, với thiết 
ẩy Cuda M1200
ể điều khiển việc 
[1] [2] [3] [4]
] như sau:
òng linh ki
của Texas.
ình 
ược tính lại sẽ 
điều khiển, 
ọc công nghệ
g = 10
, chu 
ào R
ện của 
 kΩ. 
.”
on
[3]
Thông tin
Tạp chí Nghi
nối theo luật nối dây [4] đ
nối, những vị trí không có cell nối th
đó đi
biết đ
qu
mạch cân bằng sẽ luôn đ
pack ghép 12 cell n
Do BQ76940 qu
ản lý sẽ luôn hiện 1 vị trí cell không có ích (không sử dụng) có điện áp bằng 0V, khi đó 
Thu
S
ện áp đo đ
ược số cell nối tiếp của pack đang đấu nối. Nh
ật toán cân bằng cell đ
 khoa h
Kiểm tra trạng thái pack
&&
Kiểm tra trạng thái pack
&& 
Hàm cân bằng cell
Đọc các thanh ghi 
&& 
&& 
ên c
Hình 5.
[CHG
&&Vcell 
Bắt đầu
Đọc điện áp cell
[CHG
&&Vcell 
Kiểm tra lại 
trong 30 
S
Đ
Khởi tạo
cân bằng cell
CELLBALL
CELLBALL
CELLBAL
ọc công nghệ 
ứu KH&CN 
ư
_ON]=
> 4,1V
_ON]=
< 3,0V
phút
1=0
2=
3=
ản lý cứng 15 cell nối tiếp, n
ợc bằng 0V). Nếu đấu dây không đúng luật th
ối tiếp đ
 M
0
1
0
0
ạch cân bằng cho cell số 9 đến cell số 12 v
S
ã quy 
ược active v
Đ
Tìm Vcell
trong 
quân s
ược thể hiện trong n
Tìm Vcell
Vcell
trong 
_
Vcell_
3 nhóm cell
Hình 6.
ược thực hiện nh
_max và 
_min 
3 nhóm cell
max và 
min 
ự, Số
định, để BQ76940 nhận biết đúng
ì th
à làm cho BQ76940 liên t
S
Đ
 Thu
 61
ực hiện nối tắt 2 cặp chân t
Vcell
Vcell
ật toán cân bằng cell
, 6 
_max 
&& Vcell
_max –
&& Vcell
- 20
hư h
ư sau:
– Vcell_
_max
Vcell_min 
_max<
19 
ên khi s
min >50
>4,1V
>50mV
3,0V
ư v
ình 4, hình 5.
mV
ậy
Đ
S
ử dụng pack 12 cell nối tiếp, phải 
, trong nhóm mà BQ76940 đang 
Bật cân bằng cell
Báo lỗi áp thấp
ục báo lỗi. Cách nối dây của 
[CBx
[UV
. 
ì BQ76940 s
à lu
]=1 
] = 1
 số l
ương 
ật đấu dây
ư
Hết thời gian 
ợng cell hiện đang 
ứng của IC (khí 
cân bằng
ẽ không nhận 
. 
Dừng cân bằng 
cell nhóm đó
227
Thông tin khoa học công nghệ 
T. Đ. Cường, , P. S. Tùng, “Thiết kế, chế tạo mạch cân bằng  máy đẩy Cuda M1200.” 228 
3.3. Thực nghiệm và đánh giá kết quả 
Trên cơ sở thiết kế, nhóm nghiên cứu đã chế tạo được mạch quản lý pin cho 1 pack 
gồm 12 cell Li-ion ghép nối tiếp (gồm các chức năng quản lý, giám sát, bảo vệ và cân 
bằng cell) như trong hình 6. 
Hình 7. Mạch quản lý pin sử dụng BQ76940 và khi hàn vào pack 12 cell. 
Sử dụng Kit MSP430 LaunchPad để nạp code cho MSP430G2553, trên mạch, 
MSP430G2553 thực hiện lệnh đọc, ghi dữ liệu từ BQ76940 qua giao tiếp I2C và dùng 
giao tiếp RS232 để truyền dữ liệu với nhiều mạch quản lý khác (qua mạch chuyển đổi 
RS232-RS485) hoặc với máy tính qua module PL2303, hiển thị trên phần mềm giao tiếp 
máy tính Hercules. 
Để thử nghiệm mạch cân bằng cell khi sạc, nhóm nghiên cứu sử dụng mô hình thử 
nghiệm như trong hình 8. 
Hình 8. Mô hình thử nghiệm mạch cân bằng cell khi sạc. 
Bộ sạc được sử dụng là bộ sạc do nhóm nghiên cứu chế tạo cho cả khối pin của máy 
đẩy Cuda M1200 (điện áp 41,6V, dung lượng 40,2Ah). Để phù hợp với đặc tính sạc cho 
các cell Li-ion nối tiếp, nhóm đã điều chỉnh lại phần thiết kế và luật sạc cho 1 pack đơn 
(điện áp 41,6V, dung lượng 3.350mAh) 
Trong quá trình sạc, thực hiện đo điện áp các cell bằng đồng hồ và so sánh với điện áp 
cell do mạch quản lý truyền về. Đồng thời đọc giá trị tại 3 thanh ghi cân bằng cell 
CELLBAL1, CELLBAL2, CELLBAL3. 
Đối với các thanh ghi cân bằng cell, khi chưa đạt ngưỡng cân bằng cell giá trị đọc được 
là 0x00, khi xảy ra cân bằng tại 1 cell nào đó thì bit tương ứng (bitx) trong thanh ghi 
CELLBAL sẽ được chuyển thành 1. 
RS232 
Cân bằng cell 
Thông tin khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 229
Kết quả đo điện áp các cell và đọc dữ liệu từ các thanh ghi của BQ76940 được thể hiện 
như sau: 
Bảng 1. Kết quả đọc nhóm cell thấp và các thanh ghi. 
Điện áp 
Cell 1 
Điện áp 
Cell 2 
Điện áp 
Cell 3 
Điện áp 
Cell 4 
Điện áp 
Cell 5 
Giá trị 
Thanh ghi 
CELLBAL1 
Giá trị 
Thanh ghi 
CELLBAL2 
Giá trị 
Thanh ghi 
CELLBAL3 
Đọc từ 
thanh ghi 
4,109 4,054 4,062 0,00 4,070 0x00 0x00 0x00 
Đo bằng 
đồng hồ 
4.108 4,053 4,062 0,00 4,069 0x00 0x00 0x00 
Bật cân 
bằng 
4,110 4,054 4,065 0,00 4,072 0x01 0x02 0x01 
Tắt cân 
bằng 
4,102 4,062 4,073 0,00 4,080 0x00 0x00 0x00 
Trong Bảng 1, khi giá trị đọc từ thanh ghi CELLBAL1 là 0x01, có nghĩa là bit0 của 
thanh ghi này (tương ứng với cell số 1) của thanh ghi đã active 1, điện áp lớn nhất tại cell 
số 1 đã vượt ngưỡng 4,1V và lớn hơn 50mV so với điện áp nhỏ nhất của cell (cell số 2) 
trong nhóm. Khi đó mạch cân bằng tại cell số 1 được active, tức là Mosfet bên trong 
BQ76940 đã khóa, làm cho Mosfet kênh P bên ngoài dẫn. Lúc này, cell Li-ion đã được sạc 
gần đầy, nên nội trở của cell rất lớn, vì vậy dòng điện sạc sẽ bỏ qua nhánh bên cell Li-ion 
và sẽ chạy qua Mosfet để xuống cell phía dưới hoặc xuống đất. 
Đồng thời, cell Li-ion này sẽ xả bớt điện qua điện trở 56Ω cho đến khi thấp hơn 
ngưỡng điện áp cân bằng đã thiết lập thì mạch cân bằng sẽ tắt, và dòng điện sạc chạy qua 
Cell bình thường (nếu cell chưa vượt ngưỡng đầy) hoặc dừng quá trình sạc theo luật sạc 
tương ứng. Giá trị đọc từ 2 thanh ghi CELLBAL1 là 0x00. 
Bảng 2. Kết quả đọc nhóm cell giữ và các thanh ghi. 
Điện áp 
Cell 6 
Điện áp 
Cell 7 
Điện áp 
Cell 8 
Điện áp 
Cell 9 
Điện áp 
Cell 10 
Giá trị 
Thanh ghi 
CELLBAL1 
Giá trị 
Thanh ghi 
CELLBAL2 
Giá trị 
Thanh ghi 
CELLBAL3 
Đọc từ 
thanh ghi 
4,087 4,112 4,063 0,00 4,086 0x00 0x00 0x00 
Đo bằng 
đồng hồ 
4.085 4,113 4,070 0,00 4,086 0x00 0x00 0x00 
Bật cân 
bằng 
4,090 4,116 4,064 0,00 4,088 0x01 0x02 0x01 
Tắt cân 
bằng 
4,097 4,102 4,073 0,00 4,101 0x00 0x00 0x00 
Tương tự tại Bảng 2, giá trị đọc từ thanh ghi CELLBAL2 là 0x02, bit1 của thanh ghi 
này (tương ứng với cell số 7) đã active 1, tức là điện áp lớn nhất của nhóm tại cell số 7 đã 
vượt ngưỡng 4,1V và lớn hơn 50mV so với điện áp nhỏ nhất của cell (cell số 8) trong 
nhóm. Khi đó mạch cân bằng của cell số 7 sẽ active. Khi điện áp cell 7 xả dưới ngưỡng 
điện áp cân bằng thì mạch cân bằng sẽ tắt. Giá trị đọc từ thanh ghi CELLBAL2 là 0x00. 
Bảng 3. Kết quả đọc nhóm cell cao và các thanh ghi. 
Điện áp 
Cell 11 
Điện áp 
Cell 12 
Điện áp 
Cell 13 
Điện áp 
Cell 14 
Điện áp 
Cell 15 
Giá trị 
Thanh ghi 
CELLBAL1 
Giá trị 
Thanh ghi 
CELLBAL2 
Giá trị 
Thanh ghi 
CELLBAL3 
Đọc từ 
thanh ghi 
4,117 4,065 4,072 0,00 4,080 0x00 0x00 0x00 
Đo bằng 
đồng hồ 
4.115 4,066 4,071 0,00 4,079 0x00 0x00 0x00 
Bật cân 
bằng 
4,119 4,068 4,076 0,00 4,083 0x01 0x02 0x01 
Tắt cân 
bằng 
4,107 4,078 4,086 0,00 4,097 0x00 0x00 0x00 
Thông tin khoa học công nghệ 
T. Đ. Cường, , P. S. Tùng, “Thiết kế, chế tạo mạch cân bằng  máy đẩy Cuda M1200.” 230 
Tương tự tại Bảng 3, giá trị đọc từ thanh ghi CELLBAL3 là 0x01, bit0 của thanh ghi 
này (tương ứng với cell số 11) đã active 1, tức là điện áp lớn nhất của nhóm tại cell số 11 
đã vượt ngưỡng 4,1V và lớn hơn 50mV so với điện áp nhỏ nhất của cell (cell số 12) trong 
nhóm. Khi đó mạch cân bằng của cell số 7 sẽ active. Khi điện áp cell 7 xả dưới ngưỡng 
điện áp cân bằng thì mạch cân bằng sẽ tắt. Giá trị đọc từ thanh ghi CELLBAL2 là 0x00. 
Bằng việc sử dụng IC quản lý pin BQ76940 kết hợp với vi điều khiển MSP430G2553, 
nhóm nghiên cứu đã xây dựng và chế tạo được mạch cân bằng cell nói riêng trong hệ 
thống mạch quản lý pin nói chung cho 1 pack gồm 12 cell Li-ion nối tiếp. Kết quả đo đạc 
cho thấy, đã thực hiện được việc quản lý, cân bằng cell khi sạc điện, tự động bật cân bằng 
cell khi có sự chênh lệch điện áp giữa 2 cell liên tiếp trong cùng 1 nhóm. 
4. KẾT LUẬN 
Kết quả thực nghiệm cho thấy, giải pháp sử dụng IC cân bằng cell thụ động có thể giải 
quyết được các yêu cầu về cân bằng điện áp cho các cell Li-ion ghép nối tiếp. Với thiết kế 
đơn giản và có khả điều khiển bằng phần mềm, giải pháp này hoàn toàn có thể mở rộng áp 
dụng trong thực tế với các khối pin phức tạp hơn, yêu cầu quản lý nhiều cell nối tiếp hơn. 
Tuy nhiên, độ chính xác về đo điện áp và thời gian xử lý cần phải cải thiện qua nhiều đợt 
đo đạc, thử nghiệm. Kết quả này là tiền đề cho nhóm nghiên cứu mở rộng thiết kế các hệ 
thống quản lý, giám sát và bảo vệ cho các khối pin có điện áp, dung lượng lớn hơn như 
cho ngư lôi và thủy lôi. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. TI Designs, 2016, 10s Battery Pack Monitoring, Balancing, and Comprehensive 
Protection, 50-A Discharge Reference Design. 
[2]. Texas Instruments, 2009, Fast Cell Balancing Using External MOSFET. 
[3]. Texas Instruments, 2016, bq769x0 Family Top 10 Design Considerations. 
[4]. Texas Instruments, bq769x0 3-Series to 15-Series Cell Battery Monitor Family datasheet. 
[5]. Harding Energy, 2004. Harding Battery Handbook For Quest® Rechargeable Cells 
and Battery Packs. 
ABSTRACT 
DESIGNING, CREATING BALANCING CIRCUIT FOR 12 CELL BATTERY 
IN THE BATTERY OF THE CUDA M1200 
 The content of the paper proposes a solution for designing and manufacturing 
voltage balancing circuits for the battery packs of 12 Li-ion junctions used in the 
battery unit of Cuda M1200 thrusters. With the aim of increasing safety and 
effective use of Li-ion battery blocks in particular, the paper paved the way for the 
expansion of research applications of battery management, monitoring and 
protection systems, and generally in the current military equipment. 
Keywords: Large interesting field; The particular field; Interesting subject. 
Nhận bài ngày 22 tháng 02 năm 2019 
Hoàn thiện ngày 01 tháng 3 năm 2019 
Chấp nhận đăng ngày 17 tháng 6 năm 2019 
Địa chỉ: 1 Viện Công nghệ mới, Viện KH-CN quân sự; 
 2 Viện Điện tử, Viện KH-CN quân sự. 
 * Email : trinhcuongdt6@gmail.com.