鋰離子電池組監控系統研究與實(shí)現 ― 系統硬件設計
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系統的3.6V電源則由變換的5V電源轉換得到。該DC-DC電路可以由HT7536芯片實(shí)現。該芯片是一個(gè)三端高效電源管理芯片。具有結構簡(jiǎn)單，功耗小、溫度系數小、壓差低等優(yōu)點(diǎn)。該電路如圖3.6所示。
3.2.3復位電路
本系統中采用STC809R作為復位芯片，該芯片是專(zhuān)用復位芯片，具有很多優(yōu)點(diǎn)：在上電時(shí)，當時(shí)鐘振蕩穩定而且電壓值大于用戶(hù)設定值，單片機才開(kāi)始工作;掉電時(shí)，當電壓值低于用戶(hù)設定值，單片機才能復位;電池電壓下降到一定值，單片機始終處于復位狀態(tài)，且此時(shí)處于超低功耗，避免電池出現過(guò)放;具有掉電檢測電路，在掉電過(guò)程中有充分的時(shí)間保存數據。
3.2.4外部電路本系統采用上位機對單片機系統中均衡、保護以及報警等相關(guān)參數進(jìn)行設置，這些參數需要通過(guò)上位機設置并保存到硬件電路中，因此需要擴展1KB的EEPROM存儲器，如圖3.8所示。
MSP430單片機支持JTAG接口的在線(xiàn)下載和調試，因此在電路上預留了JTAG接口電路，給調試和使用都帶來(lái)了極大的方便。電路如圖3.9所示。
我們采用中斷方式來(lái)滿(mǎn)足系統應用中有狀態(tài)和電量顯示的需求。系統中設定了相應的功能按鍵，當某一按鍵按下時(shí)，產(chǎn)生中斷，根據按鍵去查看電池的剩余電路和相應狀態(tài)，在沒(méi)有按鍵按下時(shí)，我們不對其進(jìn)行顯示。這樣可以減少系統的能量損耗。
統有充放電狀態(tài)和電量狀態(tài)的LED指示電路，備用的指示電路，以及LED報警和蜂鳴器報警電路，分別如圖3.10、圖3.11、圖3.12和圖3.13所示。
3.3信號采集電路
3.3.1 A/D轉換MSP430F233有一個(gè)12位的逐次逼近型ADC，具有8路模擬量輸入通道，
使系統可以同時(shí)對電壓、電流以及溫度信號進(jìn)行采集，而不需要再擴展A/D芯片。
該AD轉換器內部包含有采樣保持電路，另外，其內部自帶參考電壓。
AD轉換器是通過(guò)其AVCC引腳供電。片內自帶2.56V的基準電壓VREF+，當進(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能否正常運行中非常關(guān)鍵的一步。因為，后續的保護電路需要依據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(xiàn)性光電隔離、高共模放大器。
本設計主要針對小功率的鋰離子電池管理系統，系統中電池組的數量最多不超過(guò)16個(gè)，當電池組滿(mǎn)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，由于系統需要根據單體電池電壓值進(jìn)行保護判斷，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(lái)進(jìn)行電壓采集。
本電路主要由以下幾個(gè)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節取樣電路和低8節取樣電路。這樣取樣的原因是由于受系統成本所限，系統的放電電路沒(méi)有采用高精度、低漂移的集成運放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，當低端電壓放大時(shí)，其漂移和線(xiàn)性度不能滿(mǎn)足需求。因此我們需要把取樣電阻網(wǎng)絡(luò )設計成高8節和低8節兩種不同的接法。
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節電壓取樣網(wǎng)絡(luò )中，其各極電壓都是通過(guò)兩個(gè)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)入運放LMV324后均可在線(xiàn)性區工作，能夠滿(mǎn)足要求。
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