鋰電池管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) ― 鋰電池管理系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)

用能量轉(zhuǎn)換進(jìn)行單體均衡是采用電感線圈或變壓器來(lái)將能量從一節(jié)或一組電池轉(zhuǎn)移到另一節(jié)或一組電池。兩種積極的能量轉(zhuǎn)換方法是開(kāi)關(guān)變壓器方法和共享變壓器方法。

開(kāi)關(guān)變壓器方法共享一個(gè)與前面快速電容器相同的開(kāi)關(guān)。拓?fù)淙鐖D3-10.整個(gè)電池組的電流I流入變壓器T，變壓器的輸出經(jīng)過(guò)二極管D校正后流入單體Bn.這由開(kāi)關(guān)S的設(shè)置來(lái)決定，此外還需要一個(gè)電子控制器件來(lái)選擇目標(biāo)電池和設(shè)置開(kāi)關(guān)S.

這種方法的均衡速度較快，但要消耗整個(gè)電池組的能量。此外還有缺點(diǎn)包括設(shè)計(jì)復(fù)雜，元件眾多，有控制器、電磁感應(yīng)線圈和開(kāi)關(guān)等，由于存在開(kāi)關(guān)損耗和電磁損耗使得效率低下。

共享變壓器法只有一根磁芯，次級(jí)有線圈分別接在每一節(jié)單體。如圖3-11，電池組的電流I流入變壓器的初級(jí)，每一個(gè)次級(jí)分別產(chǎn)生感應(yīng)電流。單體電池的電壓越低，它的電抗就越小，因而感應(yīng)電流越大。用這種方法，每一節(jié)單體獲得的均衡電流與其SOC成反比。

在共享變壓器中，唯一的活動(dòng)元件就是次級(jí)的轉(zhuǎn)換晶體管。不需要閉合線圈，共享變壓器方法能快速而且低損耗的對(duì)電池組進(jìn)行均衡。它的缺點(diǎn)也是復(fù)雜、元件眾多，因?yàn)槊恳粋€(gè)次級(jí)都需要整流器件。

3.5.2本電池管理系統(tǒng)所采用均衡方案

本電池管理系統(tǒng)所采用的均衡方案根據(jù)上述方法中開(kāi)關(guān)變壓器均衡法的原理，直接采用DC/DC開(kāi)關(guān)電源，在充放電過(guò)程中根據(jù)檢測(cè)到的各單體電池的電壓值，判斷出需要均衡充電的單節(jié)電池，用電池組的電量對(duì)該節(jié)電池進(jìn)行額外的均衡充電，原理圖如下：

DC/DC開(kāi)關(guān)電源選用了新星DOM-24D15S5，輸入電壓18——36V，輸出電壓在4.6——5.5V可調(diào)，輸出電流為3A，實(shí)物圖如下：

3.6液晶顯示的實(shí)現(xiàn)

本電池管理系統(tǒng)選用DM12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字(16*16點(diǎn)陣)、128個(gè)字符(8*16點(diǎn)陣)及64*256點(diǎn)陣顯示RAM.主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性：

電源：VDD 3.3V—5V(內(nèi)置升壓電路，無(wú)需負(fù)壓);

顯示內(nèi)容：128列*64行;LCD類(lèi)型：STN;

與MCU接口：8位或4位并行/3位串行;

多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫(huà)面移位、自定義字符、睡眠模式等。

本系統(tǒng)使用串行接口，電路原理圖如圖3-14所示。通過(guò)液晶模塊可顯示電池組總電壓，各單節(jié)電池電壓，充放電電流，充放電時(shí)間，工作溫度，剩余電量。

3.7串口通信的實(shí)現(xiàn)

鋰電池管理系統(tǒng)在鋰電池充放電過(guò)程中把充放電信息，包括各節(jié)電池的電壓，充放電電流，工作溫度，電池電量等經(jīng)過(guò)采樣實(shí)時(shí)的寫(xiě)入Flash存儲(chǔ)芯片SST25VF020中保存，在鋰電池充放電完畢后，可通過(guò)串口與上位PC機(jī)通信，在上位機(jī)檢查鋰電池的充放電過(guò)程，并可在上位機(jī)保存該次鋰電池的使用信息備以后參閱。

SST25VF020是SST25VF系列Flash存儲(chǔ)芯片。其芯片具有以下特點(diǎn)：總?cè)萘繛?M;單電源讀和寫(xiě)操作，工作電壓為2.7——3.3V;低功耗，工作電流為7mA，等待電流為3uA;時(shí)鐘頻率高達(dá)33MHz，快速編程，快速擦除，快速讀取;數(shù)據(jù)保存100年;CMOS I/O兼容等。其封裝為SOIC和小尺寸的WSON封裝。MCU對(duì)需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣后，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)SPI串行通信存儲(chǔ)到FLASH中。當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)異步串口和PC機(jī)相連時(shí)，通過(guò)SPI串行通信將儲(chǔ)存到FLASH中的數(shù)據(jù)讀到PC機(jī)中，從而對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理。將采集到的數(shù)據(jù)保存后，即可擦除FLASH，為下一次采集做準(zhǔn)備。存儲(chǔ)電路如圖3-15所示：

該系統(tǒng)串行接口UART需要和PC的串行接口RS232之間進(jìn)行雙向通信，但是PC機(jī)的RS232接口電平采用負(fù)邏輯，即邏輯1：-3—-15 V，邏輯0：+ 3—+15V.而單片機(jī)使用的TTL電平中，高電平(3.5——5V)為邏輯1，低電平(0——0.8V)為邏輯0.單片機(jī)要外接電平轉(zhuǎn)換電路芯片把TTL高電平表示的1轉(zhuǎn)換成RS232的負(fù)電壓信號(hào)，把低電平表示的0轉(zhuǎn)換成RS232的正電壓信號(hào)。是要解決電平轉(zhuǎn)換問(wèn)題，本系統(tǒng)采用MAXIM公司的MAX232C電平轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，該芯片集成度高，+5V電源供電(內(nèi)置了電壓倍增電路及負(fù)電源電路)，只需外接幾個(gè)電容即可完成從TTL電平到RS232電平的轉(zhuǎn)換。硬件連接電路如圖3-16所示：