鋰離子電池組監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn) — 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3.3信號采集電路

　　3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換MSP430F233有一個12位的逐次逼近型ADC，具有8路模擬量輸入通道，

　　使系統(tǒng)可以同時(shí)對電壓、電流以及溫度信號進(jìn)行采集，而不需要再擴(kuò)展A/D芯片。

　　該AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)部包含有采樣保持電路，另外，其內(nèi)部自帶參考電壓。

　　AD轉(zhuǎn)換器是通過其AVCC引腳供電。片內(nèi)自帶2.56V的基準(zhǔn)電壓VREF+，當(dāng)進(jìn)行電壓、電流和溫度等信號采集時(shí)，可以在VREF+引腳上加上電容進(jìn)行解耦，這樣可以對噪聲更好的抑制。其A/D轉(zhuǎn)換連接電路如圖3.14.

　　3.3.2電壓采集電路

　　對電壓的精確采集是系統(tǒng)能否正常運(yùn)行中非常關(guān)鍵的一步。因?yàn)?，后續(xù)的保護(hù)電路需要依據(jù)電池組總電壓和單體電壓值的大小進(jìn)行判斷，所以，我們需要選用合適的測量方法完成對電壓的精確測量。

　　目前的電壓采集電路用的比較多的方法有以下幾種：

　　電阻分壓法、隔離放大器、線性光電隔離、高共模放大器。

　　本設(shè)計(jì)主要針對小功率的鋰離子電池管理系統(tǒng)，系統(tǒng)中電池組的數(shù)量最多不超過16個，當(dāng)電池組滿充時(shí)，其端電壓為67.2V，充電電壓控制范圍為67.2±0.8V.另外，由于系統(tǒng)需要根據(jù)單體電池電壓值進(jìn)行保護(hù)判斷，需要測量單體電池電壓。

　　因此，我們選擇了電阻分壓的方式來進(jìn)行電壓采集。

　　本電路主要由以下幾個部分組成：電池電壓輸入接口電路、高8路電壓取樣網(wǎng)絡(luò)、低8路電壓取樣網(wǎng)絡(luò)、高8路信號多路選通電路、低8路信號多路選通電路、放大電路。

　　如圖3.15所示為電池電壓輸入接口電路。

　　取樣電阻網(wǎng)絡(luò)分為高8節(jié)取樣電路和低8節(jié)取樣電路。這樣取樣的原因是由于受系統(tǒng)成本所限，系統(tǒng)的放電電路沒有采用高精度、低漂移的集成運(yùn)放LM324，而是采用了價(jià)格比較低的LMV324.雖然LMV324能夠與LM324相兼容，但是LMV324的缺點(diǎn)是精度較低，而且，當(dāng)?shù)投穗妷悍糯髸r(shí)，其漂移和線性度不能滿足需求。因此我們需要把取樣電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成高8節(jié)和低8節(jié)兩種不同的接法。

　　這兩種電壓取樣網(wǎng)絡(luò)分別如圖3.16和圖3.17所示。

　　由上圖可知，高8節(jié)電壓取樣網(wǎng)絡(luò)中，其各極電壓都是通過兩個電阻對地進(jìn)行分壓，取樣得到的電壓值都可以保持在1V以上，從而保證進(jìn)入運(yùn)放LMV324后均可在線性區(qū)工作，能夠滿足要求。

　　上圖為低8節(jié)電壓取樣電阻網(wǎng)絡(luò)，在該電路中，各極電壓都是通過兩個電阻對1V的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓取樣。如果采用和高8節(jié)一樣的方法直接對地分壓的話，會使差分信號中的共模信號過弱，不能滿足運(yùn)放LMV324的工作要求，使其不能工作在線性區(qū)，因此需要采用各極電壓均對固定的1V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓的方式取樣，從而也保證所有電壓值均在1V以上的線性區(qū)。1V基準(zhǔn)電壓的產(chǎn)生電路如圖3.18所示。

　　其中的VRER2.5是由單片機(jī)內(nèi)部的AD采樣參考電壓輸出的2.5V標(biāo)準(zhǔn)電壓，該電壓經(jīng)電阻分壓和跟隨器電路輸出后得到穩(wěn)定的1V基準(zhǔn)電壓，該電壓在小范圍內(nèi)的波動不會對放電電路的輸出形成明顯的影響。

　　經(jīng)過電壓采樣電阻網(wǎng)絡(luò)取樣后，我們需要把16路電壓信號分時(shí)的送入單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換器中。在這里選用四片多路開關(guān)芯片CD4052來構(gòu)成高8路和低8路的多路開關(guān)電路。電路如圖3.19和圖3.20所示。

　　最后，將多路開關(guān)選通電路中的X路和Y路輸出一起接入放大電路中，其中X路輸出接VNIN，Y路輸出接VPIN，VPIN為同相輸入端，VNIN為反相輸入端。將每節(jié)電池的差分信號轉(zhuǎn)換為單極對地信號VADIN，然后送入單片機(jī)的AD通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電壓放大電路如圖3.21所示。