耐低温便携式拉曼光谱仪电源系统设计与应用-AET-电子技术应用

耐低温便携式拉曼光谱仪电源系统设计与应用

电子技术应用

李和伟，傅伟，郭汉明

上海理工大学光电信息与计算机工程学院

摘要： 针对传统电源系统在低温环境下电量衰减严重、放电效率低以及保护机制不完善等问题，设计并实现了一种具备突出低温适应性的电源系统。该系统以主控芯片STM32为控制核心，搭配电池管理芯片MP2659和MS9930T实现电池参数监测及低温保护功能，集成智能温控模块进一步提升电源系统的放电效率。该电源系统嵌入便携式拉曼光谱仪中在低温环境下进行供电测试，结果表明，电源系统低温保护机制完善，电量衰减仅为6.98%，放电效率达到90.15%，持续放电时间超过4 h。最终，集成该系统的便携式拉曼光谱仪在极地科考、冷链运输等应用中表现出良好的稳定性和卓越的耐低温性能。

关键词： 低温适应性电源系统智能温控便携式拉曼光谱仪可靠性应用

中图分类号：TP23 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257527
中文引用格式： 李和伟，傅伟，郭汉明. 耐低温便携式拉曼光谱仪电源系统设计与应用[J]. 电子技术应用，2026，52(8)：125-130.
英文引用格式： Li Hewei，Fu Wei，Guo Hanming. Design and application of power system for low-temperature portable Raman spectrometer[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(8)：125-130.

Design and application of power system for low-temperature portable Raman spectrometer

Li Hewei，Fu Wei，Guo Hanming

School of Optical-Electrical and Computer Engineering， University of Shanghai for Science and Technology

Abstract： To address the issues of significant capacity degradation, low discharge efficiency, and inadequate protection in conventional power systems under low-temperature conditions, a power system with excellent low-temperature adaptability is designed and implemented. The system uses the STM32 microcontroller as the main controller, together with battery management chips MP2659 and MS9930T for battery parameter monitoring and low-temperature protection. The integration of an intelligent temperature control module improves the discharge efficiency of the power system. The power supply test evaluates the integrated power system of a portable Raman spectrometer under low-temperature conditions. The results show that the system’s low-temperature protection mechanism is fully functional, with only 6.98% capacity decay and a discharge efficiency of 90.15%. Additionally, the system achieves a continuous operating time exceeding four hours. The portable Raman spectrometer with the integrated system ultimately demonstrates excellent stability and outstanding low-temperature resistance in applications such as polar scientific expeditions and cold chain transportation.

Key words : low-temperature tolerance；power system；intelligent temperature controller；portable Raman spectrometer；dependable application

引言

便携式拉曼光谱仪凭借快速识别、无损分析及操作便捷的独特优势，在公共安全、生物医学及材料科学等领域展现突出的应用能力[1-2]。其中电源系统的稳定性直接决定了便携式拉曼光谱仪检测数据的可靠性与准确性[3]。然而，在极地科考、冬季户外等低温环境中，传统的便携式拉曼光谱仪电源系统面临严峻挑战[4]。Zhang Tongyu、齐四清、赵世玺等人研究表明，常规电池在低温环境下往往出现电导率下降、离子迁移速率减缓等问题，造成内阻急剧升高、放电容量衰减，甚至在-20 ℃以下无法持续供电等现象[5-7]。刘志英、周郑、王乐等人设计的电源管理系统缺乏针对低温环境的优化设计，具体表现为低温充放电保护机制不完善、电量检测精度不足以及无法监测电池低温状态等问题[8-10]。上述缺陷不仅导致便携式拉曼光谱仪续航能力大幅下降，还可能因电压波动造成激光器输出功率不稳定，严重影响便携式拉曼光谱仪的可靠性与应用效果。因此，设计一种集成突出的低温适应能力、实时的电池状态监测和完善的低温保护机制于一体的电源系统，已成为提升便携式拉曼光谱仪复杂环境适应性的技术关键。

本设计以STM32为主控核心，构建了一套集智能温控、电池参数测量、低温充放电保护于一体的电源系统。该系统最终实现的主要功能为：采用智能温控策略，通过持续监测环境温度，在低温时主动开启加热功能来提升电池组的工作温度；基于对耐低温电池组关键参数的高精度监测，并灵活设定过充电压、过放电流及低温工作温度等参数构建电源系统低温保护机制。

本系统设计中，最大难点在于集成智能温控模块与低温充放电模块共同提升电池组的低温充放电性能。最终测试结果表明，本文设计的耐低温电源管理系统实现了低温充放电过程的精准控制、电池状态的实时监测以及电池组放电能力的显著提升，提高了便携式拉曼光谱仪在低温环境下的工作稳定性与适应性。

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作者信息：

李和伟，傅伟，郭汉明

（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093）

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