基于單片機的串聯(lián)鋰離子電池組監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

摘要 介紹一個以51系列單片機為主控單元的串聯(lián)鋰離子電池組監(jiān)測系統(tǒng)。采用差分放大器和模擬開關(guān)輪流檢測單體電池電壓，利用單片機的IO接口和DS18B20實現(xiàn)單總線多點溫度檢測。系統(tǒng)簡單經(jīng)濟，經(jīng)過試驗，能可靠、準(zhǔn)確地對串聯(lián)鋰離子電池組進行監(jiān)測。
關(guān)鍵詞 串聯(lián)鋰離子電池組；差分放大器；單總線

具有高電壓、高容量、循環(huán)壽命長、安全性能好等優(yōu)點的鋰離子電池，在便攜式電子設(shè)備、電動汽車、空間技術(shù)、國防工業(yè)等多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。由若干節(jié)鋰離子電池經(jīng)串聯(lián)組成的動力鋰離子電池組目前應(yīng)用最為廣泛。由于每節(jié)單體電池的電壓不一致，使用中電池不允許過充電、過放電，電池的性能和壽命受溫度影響較大等特點，必須對串聯(lián)鋰離子電池組進行監(jiān)測，確保在使用中鋰離子電池具有良好的狀態(tài)，或者使用中電池出現(xiàn)問題立即報警，電源管理系統(tǒng)立即采取保障措施，并提醒相關(guān)入員檢修。單體電壓和電池組的溫度是辨別串聯(lián)鋰離子電池組是否正常工作的主要技術(shù)指標(biāo)。文獻采用直接采樣法，將要測量的單體電池電壓存儲在非電容上進行測量。該方法反應(yīng)時間慢、誤差較大、控制復(fù)雜；文獻采用運放和光藕繼電器來測量串聯(lián)電池組的單體電壓。該方法對光耦的線性度要求很高，導(dǎo)致硬件成本較高。目前，直接采用集成芯片的串聯(lián)鋰離子電池組監(jiān)控系統(tǒng)受到青睞，但該方法串聯(lián)電池的數(shù)目固定，導(dǎo)致應(yīng)用不靈活、硬件成本高等缺點。文中研制了一種動力鋰離子電池組監(jiān)測系統(tǒng)，對串聯(lián)鋰離子電池組的單體電壓和電池組的溫度進行在線監(jiān)測，當(dāng)單體電池電壓偏離規(guī)定區(qū)間時，監(jiān)測系統(tǒng)啟動報警程序進行聲、光報警；當(dāng)電池組溫度偏離規(guī)定的區(qū)間時，監(jiān)測系統(tǒng)啟動風(fēng)扇或加熱控制電路，并存儲有關(guān)數(shù)據(jù)，確保電池組正常工作。整個監(jiān)測系統(tǒng)具有連續(xù)測量分量、簡單經(jīng)濟、精度高和可靠性高的特點。

1 技術(shù)和方案
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
串聯(lián)鋰離子電池組監(jiān)測系統(tǒng)包括采用51系列單片機的核心控制模塊、鋰離子電池組狀態(tài)采集模塊、信號調(diào)理模塊，報警及處理系統(tǒng)模塊，監(jiān)測系統(tǒng)可以通過RS485接口與PC機組成分布式監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)一臺PC監(jiān)測多個串聯(lián)電池組，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。狀態(tài)采集模塊包括對單體電池的電壓和電池組的溫度等參數(shù)進行采集，然后待測量信號進行處理，通過A／D轉(zhuǎn)換器采樣后傳輸給單片機進行數(shù)據(jù)處理，將有效數(shù)據(jù)通過串口傳到本地PC機，監(jiān)測人員可以通過對狀態(tài)數(shù)據(jù)的進行分析從而掌握電池組的工作情況，對不安全的狀態(tài)進行及時的處理，確保其工作的可靠性。