鋰離子電池組監控系統研究與實(shí)現 — 系統硬件設計

　　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。

　　上圖為低8節電壓取樣電阻網(wǎng)絡(luò )，在該電路中，各極電壓都是通過(guò)兩個(gè)電阻對1V的基準電壓進(jìn)行分壓取樣。如果采用和高8節一樣的方法直接對地分壓的話(huà)，會(huì )使差分信號中的共模信號過(guò)弱，不能滿(mǎn)足運放LMV324的工作要求，使其不能工作在線(xiàn)性區，因此需要采用各極電壓均對固定的1V基準電壓進(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(xiàn)性區。1V基準電壓的產(chǎn)生電路如圖3.18所示。

　　其中的VRER2.5是由單片機內部的AD采樣參考電壓輸出的2.5V標準電壓，該電壓經(jīng)電阻分壓和跟隨器電路輸出后得到穩定的1V基準電壓，該電壓在小范圍內的波動(dòng)不會(huì )對放電電路的輸出形成明顯的影響。

　　經(jīng)過(guò)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)的送入單片機的AD轉換器中。在這里選用四片多路開(kāi)關(guān)芯片CD4052來(lái)構成高8路和低8路的多路開(kāi)關(guān)電路。電路如圖3.19和圖3.20所示。

　　最后，將多路開(kāi)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。將每節電池的差分信號轉換為單極對地信號VADIN，然后送入單片機的AD通道進(jìn)行轉換。電壓放大電路如圖3.21所示。