CC430F5137單片機(jī)的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)目前動(dòng)力電池管理系統(tǒng)功耗大、使用不靈活等缺陷，設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)CC430F5137的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)。分析了動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，給出了硬件設(shè)計(jì)方法和軟件流程，并詳細(xì)分析了電壓／電流檢測(cè)模塊、剩余電量檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了采用單片機(jī)CC430F15137設(shè)計(jì)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的可行性，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，有較好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：動(dòng)力電池管理系統(tǒng)；CC430F5137；SoC；RF無(wú)線通信

引言
隨著新能源汽車的不斷發(fā)展，大型工廠開(kāi)始逐步使用動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸車輛。電動(dòng)汽車目前常用的電池有鉛酸電池、鋰電池、鎳氫電池等。電池是一個(gè)集成高能量的物體，它的使用以及安全管理就顯得尤為重要。目前的電動(dòng)汽車中缺少能夠?qū)崟r(shí)、直觀、在線地反映蓄電池狀況的設(shè)備，由于對(duì)蓄電池保養(yǎng)不及時(shí)、保管不善、放電過(guò)度而造成的早期損壞，給企業(yè)帶來(lái)一定的損失。電池管理系統(tǒng)能解決這一問(wèn)題，因此研究一套能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池工作狀況的系統(tǒng)有著十分重要的價(jià)值和意義。
參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)出的蓄電池管理系統(tǒng)缺少數(shù)據(jù)的傳輸功能，使得應(yīng)用有一定的局限性。參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)是以DSP為控制核心，其成本較高，而且系統(tǒng)運(yùn)行的功耗也較高，有較大的局限性。
針對(duì)以上缺點(diǎn)，現(xiàn)采用基于單片機(jī)CC430F5137為控制核心的設(shè)計(jì)方案。CC430F5137內(nèi)部集成了CC1101無(wú)線電收發(fā)器，可以實(shí)現(xiàn)100～200 m的無(wú)線傳輸功能，而且CCA30F5137具有MSP430系列單片機(jī)的低功耗特性。以上優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了目前電池管理系統(tǒng)的缺陷，達(dá)到了目前應(yīng)用的要求。

1 電池管理系統(tǒng)運(yùn)行原理
本系統(tǒng)安裝在電動(dòng)汽車中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視電池的狀況。當(dāng)電池汽車充電時(shí)，系統(tǒng)可以將充電數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線模塊傳輸給充電中心，并自動(dòng)進(jìn)行充放電管理。這樣充電中心就可以實(shí)時(shí)了解充電的狀態(tài)，而且充電中心不用將其他線路接入汽車內(nèi)，減少了搭建線路的麻煩，提高了工作效率；當(dāng)汽車在正常使用電池時(shí)，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的用電情況，在剩余電量不足時(shí)及時(shí)通知駕駛?cè)藛T，并將警報(bào)通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送給充電中心，告知需要充電。

電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本系統(tǒng)以CC430F5137為控制核心；蓄電池充放電控制電路主要是對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行管理，大功率蓄電池充放電電流較大，需要充放電控制電路對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)充放電，以免損壞電池；蓄電池檢測(cè)電路主要是檢測(cè)電池的充放電電壓、充放電電流和電池溫度等；LCD顯示電路用于顯示電池電壓、溫度、電量等參數(shù)，以給使用人員提供一個(gè)參考；CC1101無(wú)線電模塊用于將采集的電池?cái)?shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電發(fā)送給充電中心，以便充電中心進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。

2 蓄電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
蓄電池管理系統(tǒng)包括電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。
2．1 電流、電壓檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)
在本系統(tǒng)中，單片機(jī)需要對(duì)蓄電池組的整體電壓和單節(jié)電池電壓進(jìn)行檢測(cè)。目前有兩種檢測(cè)方法：一種是采用霍爾電壓傳感器來(lái)轉(zhuǎn)換被測(cè)電壓，再通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行采樣；另一種是采用精密電阻構(gòu)建電阻分壓電路，再用A／D轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行采樣。第二種方法對(duì)于電壓范圍較固定的條件下比較適合，如果有大電壓或者電壓范圍較大的情況下，采用第一種方法比較適合。本系統(tǒng)采用第一種檢測(cè)方法。
2．1．1 模擬采樣芯片的選擇
本系統(tǒng)選用AD7656模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來(lái)采集模擬信號(hào)。AD7656是利用創(chuàng)新的半導(dǎo)體制造工藝(iCMOS)制作的高集成度、6通道同時(shí)采樣的16位逐次逼近型的ADC。其吞吐率高達(dá)250 ksps，可以6通道同時(shí)采樣；支持并行、串行和菊花鏈的接口模式；可以與處理器的SPI、QSPI等高速串口實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接；寬帶寬輸入，輸入頻率為50 kHz時(shí)的信噪比(SNR)為86．5 dB；在供電電壓為5 V、采樣速率為250 ksps時(shí)，功耗為140mW。如圖2所示，AD7656有兩個(gè)電源輸入端，分別為模擬電壓輸入端AVCC和數(shù)字電壓輸入端DVCC。在AD7656同時(shí)轉(zhuǎn)換6通道數(shù)據(jù)時(shí)，需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的輸入電源，以便達(dá)到高精度的要求，所以AVCC的去耦就顯得十分重要。在本系統(tǒng)中的供電電源的輸出端加一磁珠，以便提供較好的電源。在電路的接地設(shè)計(jì)中，AD7656的DGND與AGND需要相互分開(kāi)接地，以免相互影響。本系統(tǒng)中電源正電壓VDD為+12 V，邏輯電源VDRIVE、數(shù)字電源DVCC、模擬電源AVCC的供電電壓均為+5 V，電源負(fù)電壓VSS的供電電壓為-12 V。RANGE端口接地，即選擇輸入范圍±10 V；W／B接地表示16位并行輸出；AD7656的STBY接VDRIVE，選擇正常模式；SER／PAR端口接地，選擇并行接口；WR／REFEN／DIS接VDRIVE表示選擇內(nèi)部參考。

CC430F5137與AD7656的硬件連接圖如圖2所示。CC430F5137的P0口的16個(gè)I／O端口作為并行數(shù)據(jù)口，與AD7656的并行數(shù)據(jù)口DB0～DB15相連；P1．0端口與AD7656的BUSY相連，用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；P1．1端口與CONVST A、CONVST B和CONVST C三個(gè)端口相連，作為AD7656的6路A／D同時(shí)采樣啟動(dòng)控制口；P1．2端口與AD7656的讀信號(hào)／RD相連作為讀取數(shù)據(jù)控制口；P1．3端口與AD7656的／CS端相連作為片選控制口；P1．4端口與AD7656的RESET端相連作為AD7656的重啟控制端口。