鋰離子電池組監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn) — 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　目前，鋰離子蓄電池組作為一種新能源，與傳統(tǒng)的以鎳隔，鎳氫電池為儲(chǔ)能核心的電源系統(tǒng)相比，存在以下問題：

　?、糯?lián)電池組由于各單體之間容量的差異引起的充電放電過程的不均衡。

　?、朴捎谶^充電，過放電，過電流或高溫而引起的電池失效問題。

　　針對(duì)以上兩個(gè)問題，提出以下設(shè)計(jì)目標(biāo)：

　?、艑?duì)鋰離子電池組，實(shí)現(xiàn)充放電時(shí)電池之間的均衡，做到各單體電池之間電壓與其平均電壓的差不超過0.2V，實(shí)現(xiàn)充放電時(shí)對(duì)電池的保護(hù)。

　　⑵設(shè)計(jì)充放電控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池組過充、過放以及短路保護(hù)。

　　3.1系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)以上設(shè)計(jì)目標(biāo)，系統(tǒng)總體方案框圖如圖3.1所示。本系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F233為控制核心，包括電壓、電流和溫度采樣電路、鋰電池組的過充、過放、短路保護(hù)電路和均衡電路、串口通信電路以及相關(guān)外圍電路等。

　　鋰電池組在充放電的過程中，系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)電路實(shí)時(shí)地對(duì)電壓、溫度、電流等參數(shù)進(jìn)行采集，同時(shí)采樣到的信號(hào)送入AD轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入處理器，處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果后，將轉(zhuǎn)換結(jié)果與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的參數(shù)值進(jìn)行比較，判斷是否出現(xiàn)過壓、過放或短路現(xiàn)象，以決定是否啟動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)措施。同時(shí)，根據(jù)需要，單片機(jī)可實(shí)時(shí)上傳采集到的電壓、電流、溫度等參數(shù)給上位機(jī)，由上

　　位機(jī)處理后進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。另外，上位機(jī)系統(tǒng)還可通過串口給單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)置相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)和數(shù)據(jù)校正參數(shù)。

　　3.2單片機(jī)系統(tǒng)

　　單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路如圖3.2所示，主要有電源電路、復(fù)位電路、外部振蕩電路、均衡控制信號(hào)輸出、充放電控制信號(hào)輸出、短路保護(hù)中斷輸入、電壓檢測(cè)輸入、電流檢測(cè)輸入、溫度檢測(cè)輸入、多路模擬開關(guān)控制信號(hào)輸出、指示和報(bào)警信號(hào)輸出等。

　　3.2.1 MCU的選擇

　　MCU是整個(gè)保護(hù)器系統(tǒng)的核心，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，MCU的選擇必須具有強(qiáng)大的功能：低功耗、內(nèi)部集成多路A/D轉(zhuǎn)換器、支持SPI通信以及具有E 2 PROM等功能。TI公司的MSP430單片機(jī)以低功耗著稱，其中MSP430F233芯片具有工作電壓低、功耗低的特點(diǎn)，工作電壓在1.8V～3.6V范圍內(nèi)，當(dāng)該芯片以2.2V的電壓正常工作時(shí)，其工作電流可以低到270uA，待機(jī)狀態(tài)電流低至0.3uA，關(guān)斷模式電流低至0.1uA.該芯片內(nèi)部還包含了8路12位AD轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)同時(shí)采集。除此之外，該芯片還包含一些外圍接口，如UART串行口和SPI、IIC接口;JTAG下載調(diào)試接口等。其基準(zhǔn)時(shí)鐘可設(shè)在32KHz~16MHz的范圍;2個(gè)16位的具有捕獲/比較功能的定時(shí)器。MSP430F233的功能方框圖如圖3.3所示。

　　MSP430x2xx系列的主要特性如下：

　　⑴超低功耗延長了電池的使用壽命

　?、票３諶AM0.1uA

　　⑶實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式0.8uA

　?、萂IPS運(yùn)行250uA

　　⑸理想精確的模擬信號(hào)測(cè)量

　?、书T控比較定時(shí)器測(cè)量電阻類元件

　?、?6位的精簡(jiǎn)指令集的CPU全新應(yīng)用

　　⑻更大的寄存器空間消除了運(yùn)行空間的瓶頸

　?、途o湊的核結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少了功耗、降低了成本

　?、问褂酶咚降木幊谈鼉?yōu)化

　　⑾27條核心指令和7種尋址方式

　?、袕?qiáng)大的矢量中斷能力