一種串聯(lián)型鋰離子電池組監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用
具有高電壓、高容量、循環(huán)壽命長、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)的鋰離子電池,在便攜式電子設(shè)備、電動汽車、空間技術(shù)、國防工業(yè)等多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。由若干節(jié)鋰離子電池經(jīng)串聯(lián)組成的動力鋰離子電池組目前應(yīng)用最為廣泛。由于每節(jié)單體電池的電壓不一致,使用中電池不允許過充電、過放電,電池的性能和壽命受溫度影響較大等特點(diǎn),必須對串聯(lián)鋰離子電池組進(jìn)行監(jiān)測,確保在使用中鋰離子電池具有良好的狀態(tài),或者使用中電池出現(xiàn)問題立即報警,電源管理系統(tǒng)立即采取保障措施,并提醒相關(guān)人員檢修。單體電壓和電池組的溫度是辨別串聯(lián)鋰離子電池組是否正常工作的主要技術(shù)指標(biāo)。采用直接采樣法,將要測量的單體電池電壓存儲在非電容上進(jìn)行測量。該方法反應(yīng)時間慢、誤差較大、控制復(fù)雜; 采用運(yùn)放和光藕繼電器來測量串聯(lián)電池組的單體電壓。該方法對光耦的線性度要求很高,導(dǎo)致硬件成本較高。目前,直接采用集成芯片的串聯(lián)鋰離子電池組監(jiān)控系統(tǒng)受到青睞,但該方法串聯(lián)電池的數(shù)目固定,導(dǎo)致應(yīng)用不靈活、硬件成本高等缺點(diǎn)。文中研制了一種動力鋰離子電池組監(jiān)測系統(tǒng),對串聯(lián)鋰離子電池組的單體電壓和電池組的溫度進(jìn)行在線監(jiān)測,當(dāng)單體電池電壓偏離規(guī)定區(qū)間時,監(jiān)測系統(tǒng)啟動報警程序進(jìn)行聲、光報警; 當(dāng)電池組溫度偏離規(guī)定的區(qū)間時,監(jiān)測系統(tǒng)啟動風(fēng)扇或加熱控制電路,并存儲有關(guān)數(shù)據(jù),確保電池組正常工作。整個監(jiān)測系統(tǒng)具有連續(xù)測量分量、簡單經(jīng)濟(jì)、精度高和可靠性高的特點(diǎn)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/227121.htm技術(shù)和方案
1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
串聯(lián)鋰離子電池組監(jiān)測系統(tǒng)包括采用51 系列單片機(jī)的核心控制模塊、鋰離子電池組狀態(tài)采集模塊、信號調(diào)理模塊,報警及處理系統(tǒng)模塊,監(jiān)測系統(tǒng)可以通過RS485 接口與PC 機(jī)組成分布式監(jiān)測系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)一臺PC 監(jiān)測多個串聯(lián)電池組,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。
狀態(tài)采集模塊包括對單體電池的電壓和電池組的溫度等參數(shù)進(jìn)行采集,然后待測量信號進(jìn)行處理,通過A/D轉(zhuǎn)換器采樣后傳輸給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,將有效數(shù)據(jù)通過串口傳到本地PC 機(jī),監(jiān)測人員可以通過對狀態(tài)數(shù)據(jù)的進(jìn)行分析從而掌握電池組的工作情況,對不安全的狀態(tài)進(jìn)行及時的處理,確保其工作的可靠性。
圖1 串聯(lián)鋰離子電池組監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2、串聯(lián)鋰離子電池組的共地問題
串聯(lián)鋰離子電池組電壓測量的方法有多種,最簡單的是電阻分壓測量方法,該方法缺點(diǎn)是大阻值電阻的漂移誤差和電阻漏電流導(dǎo)致測量精度低,且影響電池組的一致性。另外一種較為常用的方法是每一個單體電池用一個隔離運(yùn)算放大器,但是它的體積大且價格高,適于測量精度要求高且不考慮漏電流和成本的場合。設(shè)計選用德州儀器公司的INA117 來解決串聯(lián)鋰離子電池組的共地問題。INA117 的失真為0. 001%; 共模擬制比最小86 dB,共模輸入電壓范圍± 200 V,適合于高精度的測量。
INA117 內(nèi)置了380 kΩ、20 kΩ 和21. 1 kΩ3 個電阻,因此外部電路省去精密電阻,減少了精密電阻帶來的誤差和系統(tǒng)復(fù)雜程度。圖2 是INA117 輸出1 節(jié)電池電壓的接法,6 腳和1 腳之間的電壓就是1 節(jié)電池兩端的電壓差。
圖2 INA117 輸出電壓是兩輸入電壓之差的接法
該檢測系統(tǒng)采用16 個INA117 分別把16 節(jié)鋰離子電池的單體電壓挑選出來。如果它們的1 腳都接相同的地,就可以使16 個INA117 都有相同的信號地,A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣。共地點(diǎn)選在第8 節(jié)電池負(fù)極和第9 節(jié)電池正極的連接處。
每節(jié)鋰離子電池最高電壓為5 V,由圖3 可得,第1 個INA117 的3 腳的輸入電勢最高為40 V.同理,第16 個INA117 的2 腳輸入電勢最低為- 40 V.第1 至8 個INA117 的輸出電壓為正,第9 至16 個INA117 的輸出電壓為負(fù),所以多選一模擬開關(guān)和A/D 轉(zhuǎn)換器都要求可以
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