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串聯(lián)鋰離子電池組監(jiān)測系統(tǒng)的設計

作者: 時間:2011-12-07 來源:網(wǎng)絡 收藏

  由表1 可知,MAX1272 輸出的數(shù)字量最高位是符號位,余下的11 位是數(shù)據(jù)。負數(shù)以補碼的形式給出。

  參考電壓為+ 4. 096 V 時,1LSB = 1. 220 7 mV.

  MAX1272 的最大量化誤差,加上非線性、失調(diào)等誤差的影響,總誤差約為5 mV.INA117 精度高,正常情況下,誤差在1 mV 以內(nèi)。因此,使用INA117 和MAX1272 的組合,可以滿足電池在電壓誤差10 mV 以下的要求。需要更高的電壓精度,需要選用更高分辨率的A/D 轉換器。

  MAX1272 的線路連接圖如圖4 所示。

  圖4 MAX1272 的線路連接圖

  圖4 MAX1272 的線路連接圖

  圖4 中MAX1272 采用了內(nèi)部參考電壓,6 腳VREF 和地之間接2. 2 μF 鉭電容和0. 1 μF 陶瓷電容。

  PCB 布線時,這兩個電容都要求盡量接近MAX1272。

  1. 4 溫度

  針對,傳統(tǒng)的測溫方法多采用模擬溫度傳感器進行測量,在數(shù)據(jù)的采集和傳輸過程中易受外界環(huán)境的干擾,從而使測得的結果誤差較大,且當測量點較多時,連線較復雜。文中采用單片機和單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20 來解決上述問題[5]。其原理如圖5 所示。

  圖5 溫度巡回檢測系統(tǒng)框圖

  圖5 溫度巡回檢測框圖

  采用外部5 V 供電,總線上可掛接多片DS18B20,且可以同時進行精確的溫度轉換,而無需外接驅動電路。測溫范圍- 55 ~ + 125 ℃; 測溫精度: 在- 10 ~+ 85 ℃范圍內(nèi)的精度為± 0. 5 ℃; 在溫度采集過程中,單片機芯片需對DS18B20 發(fā)命令字,同時也需要讀取由DS18B20 采集到的溫度。因此,單片機控制器的I /O必須被設置為具有雙向傳輸數(shù)據(jù)能力。

  本檢測每隔一節(jié)電池在總線上掛接一片DS18B20,設置8 個溫度點,同時檢測8 點溫度。實際應用時由單片機軟件判斷出需要顯示的溫度值: 當溫度高于10 ℃時,顯示8 個溫度點中最高的溫度值; 當溫度低于10 ℃時,顯示8 個溫度點中最低的溫度值,達到有效合理的溫度監(jiān)控效果。

  1. 5 風扇及加熱控制電路

  對于電池的散熱問題,了風扇控制電路,通過對測量到的電池溫度值進行判斷,決定風扇的開啟或關閉。當溫度過高時,單片機將發(fā)出信號開啟風扇。

  電路如圖6 所示,F(xiàn)AN 為低電平時,晶體管9014 不導通,此時繼電器無動作; 當FAN 為高電平時,晶體管9014 導通,使得繼電器觸點吸合,風扇在24 V 電源電壓的供電下開始工作。

  圖6 風扇控制電路

  圖6 風扇控制電路

  對于應用環(huán)境復雜的,除了要考慮溫度過高的情況,還要考慮溫度過低的情況。因為電池在溫度過低的環(huán)境下運行時,會使鋰離子活性變差,嵌入和脫出能力下降,容易在石墨晶體表面沉積,形成鋰金屬。形成的鋰金屬會與電解液發(fā)生不可逆的反應。

  如果鋰離子電池長期在低溫下工作,則將使電池的容量下降明顯。因此根據(jù)需要了加熱器控制電路,原理如風扇控制電路。

  2 監(jiān)測系統(tǒng)的性能

  實測證明,使用INA117、16 選1 模擬開關MUX16、MAX1272、51 單片機和DS18B20 的串聯(lián)鋰離子電池組監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測16 節(jié)3. 7 V 鋰離子電池,電壓的測量誤差完全在10 mV 以內(nèi)。溫度方面,由于DS18B20 精度較高,溫度誤差在1 ℃以內(nèi)。電壓和溫度的測量均達到要求,系統(tǒng)運行可靠。當串聯(lián)鋰離子電池組任何一節(jié)電池電壓 2. 2 V 時,單片機調(diào)用輕度報警程序進行聲光報警,并通報存在問題的電池。

  當串聯(lián)鋰離子電池組任何一節(jié)電池電壓> 5 V 時,單片機調(diào)用嚴重報警程序進行聲光報警。如果溫度值超出預設溫度值的容許范圍,串聯(lián)鋰離子電池組監(jiān)測系統(tǒng)進行聲光報警。風扇和加熱控制電路均能根據(jù)設定溫度正常啟動控制電路。當溫度低于5 ℃時,啟動加熱控制電路; 溫度高于50 ℃時,啟動風扇控制電路。

  3 結束語

  串聯(lián)鋰離子電池組檢測系統(tǒng),采用高共模抑制比差分運放INA117 解決了共地問題,監(jiān)測電壓誤差正負10 mV,如要進一步提高檢測精度,可以選用高位A/D轉換器。檢測時,鋰離子電池是串聯(lián)接在檢測模塊上的,要保證接線正確。根據(jù)實際應用,可把幾個檢測系統(tǒng)串接起來檢測更多的串聯(lián)鋰離子電池組,但要確保共模電壓不超過INA117 的最大保護共模電壓范圍。

  參考文獻

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  [4] 彭明杰,鐘漢樞。 串聯(lián)電池組監(jiān)測系統(tǒng)[J]。 儀表技術與傳感器, 2005( 5) : 42 - 44.

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