鋰離子電池組無(wú)線(xiàn)監控系統設計

1、前言

　　隨著(zhù)鋰離子電池的廣泛應用，其安全性問(wèn)題越來(lái)越受重視。對鋰離子電池的參數進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測可以有效避免電池的不安全使用，并且可以盡量發(fā)揮電池的性能。有些應用領(lǐng)域由于條件限制，難于鋪設線(xiàn)路，需要對電池進(jìn)行遠距離的監測，比如路燈蓄電池管理；或者由于大量使用，逐個(gè)連接監測線(xiàn)路比較麻煩如基站電源管理中電池的狀態(tài)監測或者大量在通信電臺集中的場(chǎng)合等，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )對采集的數據進(jìn)行傳輸管理。

　　該系統主要由鋰離子電池組狀態(tài)參數數據采集、信號無(wú)線(xiàn)傳輸、數據處理等幾部分組成，系統框圖如圖1所示。前端由狀態(tài)參數采集模塊和無(wú)線(xiàn)發(fā)射控制模塊組成，其中數據采集部分包括對鋰離子電池組的電壓、電流、內阻以及溫度等參數進(jìn)行測量，由單片機對采樣數據進(jìn)行初步處理，然后控制發(fā)射芯片調制發(fā)送。系統后端由無(wú)線(xiàn)接收控制模塊、單片機和串口電路、本地計算機組成，接收芯片對信號解調，單片機接收數據并進(jìn)行處理，將有效數據通過(guò)串口傳送到本地計算機上進(jìn)行，監測人員可通過(guò)對狀態(tài)數據進(jìn)行分析掌握該電池組的工作狀態(tài)，對不正常的電池及時(shí)進(jìn)行處理，確保其工作的可靠性。

圖1 電池監測系統原理框圖

　　根據鋰離子電池組多樣的應用環(huán)境以及系統管理的目的，狀態(tài)采樣裝置采用的是模塊化的設計，主要包括：鋰離子電池組電壓測量電路、電流測量電路、內阻測量電路、溫度測量電路四個(gè)部分[1,2]。檢測模塊對采集的信號進(jìn)行A/D轉換，并將數據發(fā)送給控制模塊。設計中采用的高精度、高實(shí)效數據采集模塊兼顧了專(zhuān)用化和通用化的原則，配置靈活。系統可由單片機對各個(gè)模塊的選通進(jìn)行控制，各模塊可單獨使用也可以自由組合，能適應不同的應用場(chǎng)合。

　　2、實(shí)驗系統

　　無(wú)線(xiàn)數據傳輸和有線(xiàn)數據傳輸相比較而言，其特點(diǎn)是使用射頻信號來(lái)發(fā)送和接收數據包。無(wú)線(xiàn)數據傳輸主要由無(wú)線(xiàn)數據終端、主接收器和主監控器組成，主監控器與主接收器間采用串行口通信。整個(gè)傳輸系統的設計都是為了實(shí)現對鋰離子電池組狀態(tài)在線(xiàn)監測這個(gè)目的，因此對數據傳輸的準確、實(shí)時(shí)性以及功耗問(wèn)題是設計的關(guān)鍵。

2.1 發(fā)射端

　　2.1.1 發(fā)射端電路的設計實(shí)現

　　無(wú)線(xiàn)傳輸系統發(fā)射端的硬件電路主要由數據采集模塊、單片機以及RF發(fā)射芯片組成，電路如圖2所示。

圖2 發(fā)射端電路

　　文中采用的是ATMEL公司的AT89C51單片機對發(fā)射系統進(jìn)行控制，單片機控制數據采集模塊分別對電池的電壓、電流、內阻以及溫度進(jìn)行采樣。無(wú)線(xiàn)發(fā)射芯片采用的是挪威Nordic公司推出的一體化無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片nRF401，nRF401芯片中集成了高頻發(fā)射/接收、PLL合成、FSK調制/解調和多頻道切換等功能，在低成本數字無(wú)線(xiàn)通信應用中具有突出的技術(shù)優(yōu)勢[68]。