鋰電池管理系統的研究與實(shí)現 — 鋰電池管理系統的硬件實(shí)現

3.3.1電壓采樣的實(shí)現

鋰離子電池在充電時(shí)為防止過(guò)充損壞電池，要求其端電壓嚴格控制在4.2 V以下，本電池管理系統采用圖3-1所示電壓檢測方案。

其工作原理是：

首先MCU控制的多路開(kāi)關(guān)Kn-1、Kn-2(n=1，2，3，4，5，6，7)，同步地將電容分別的接到各單元電池兩端，使電容充電且使電容電壓等于被測單元電池的電壓;然后MCU控制多路開(kāi)關(guān)n1 K、n2 K斷開(kāi)，同時(shí)合上開(kāi)關(guān)K1和K2接入A/D進(jìn)行測量。此方案可直接使用微處理器內的10位共地A/D，不需要另外單獨加入A/D，節省了設計成本[4]。在實(shí)際電路中模擬開(kāi)關(guān)采用繼電器實(shí)現。

3.3.2電流采樣的實(shí)現

電流是電池容量估計的關(guān)鍵參數。因此對其電流的采樣的精度，抗干擾能力，零飄、溫飄和線(xiàn)性度誤差的要求都很高。在實(shí)際中采用LEM公司的閉環(huán)電流傳感器LTSR25-NP，該元件具有出色的精度、良好的線(xiàn)性度和最佳的反應時(shí)間。其額定電流為25A，最高可測80A的電流，滿(mǎn)足系統設計的要求。該電流傳感器可把充放電電流轉為0-5V的電壓信號，送至單片機的A/D轉換可測得充放電電流。其工作原理如圖3-3所示：

其工作特性曲線(xiàn)如圖3-4所示：

圖中VREF為參考點(diǎn)電壓，默認為2.5V;IP為被測量電流。

3.3.3溫度采樣的實(shí)現

3.3.3.1溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介

電池溫度是系統評估電池的SOC和判斷電池能否正常使用的關(guān)鍵性參數，溫度影響電池的充電效率，同時(shí)如果電池的溫度超過(guò)一定值，有可能造成電池的不可恢復性破壞。電池組之間的溫度差異造成電池組單體之間的不均衡，從而造成電池壽命的降低。

本電池管理系統中溫度檢測采用的是美國DALLAS半導體公司生產(chǎn)的數字溫度傳感器DS18B20.它是單片結構，無(wú)需外加A/D即可輸出9——12位的數字量。通信采用單總線(xiàn)協(xié)議，對DS18B20的各種操作通過(guò)一條數據線(xiàn)即可完成，同時(shí)該數據線(xiàn)還可兼做電源線(xiàn)，即具有寄生電源模式。因為對于每個(gè)DS18B20都含有唯一的序列碼，所以每條總線(xiàn)上可同時(shí)連接多個(gè)DS18B20.這使得DS18B20連線(xiàn)簡(jiǎn)單，系統設計靈活，適合于多種測溫系統，特別是與單片機合用構成的溫度檢測與控制系統。

DS18B20的內部主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線(xiàn)接口、存放中間數據的高速暫存器、用于存儲用戶(hù)設定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼發(fā)生器等七部分。DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性可電擦除的EEPROM.后者用于存儲用戶(hù)設定的溫度報警上下限值TH，TL.前者內部的配置寄存器可用于確定溫度值的數字轉換分