CC430F5137單片機的動力電池管理系統(tǒng)設計

摘要：針對目前動力電池管理系統(tǒng)功耗大、使用不靈活等缺陷，設計一種基于單片機CC430F5137的動力電池管理系統(tǒng)。分析了動力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構原理，給出了硬件設計方法和軟件流程，并詳細分析了電壓／電流檢測模塊、剩余電量檢測模塊、溫度檢測模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。實驗結(jié)果驗證了采用單片機CC430F15137設計動力電池管理系統(tǒng)的可行性，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，有較好的應用前景。
關鍵詞：動力電池管理系統(tǒng)；CC430F5137；SoC；RF無線通信

引言
隨著新能源汽車的不斷發(fā)展，大型工廠開始逐步使用動力電池驅(qū)動的運輸車輛。電動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。目前的電動汽車中缺少能夠?qū)崟r、直觀、在線地反映蓄電池狀況的設備，由于對蓄電池保養(yǎng)不及時、保管不善、放電過度而造成的早期損壞，給企業(yè)帶來一定的損失。電池管理系統(tǒng)能解決這一問題，因此研究一套能夠?qū)崟r監(jiān)測蓄電池工作狀況的系統(tǒng)有著十分重要的價值和意義。
參考文獻設計出的蓄電池管理系統(tǒng)缺少數(shù)據(jù)的傳輸功能，使得應用有一定的局限性。參考文獻設計的電池管理系統(tǒng)是以DSP為控制核心，其成本較高，而且系統(tǒng)運行的功耗也較高，有較大的局限性。
針對以上缺點，現(xiàn)采用基于單片機CC430F5137為控制核心的設計方案。CC430F5137內(nèi)部集成了CC1101無線電收發(fā)器，可以實現(xiàn)100～200 m的無線傳輸功能，而且CCA30F5137具有MSP430系列單片機的低功耗特性。以上優(yōu)點彌補了目前電池管理系統(tǒng)的缺陷，達到了目前應用的要求。

1 電池管理系統(tǒng)運行原理
本系統(tǒng)安裝在電動汽車中，可以實時監(jiān)視電池的狀況。當電池汽車充電時，系統(tǒng)可以將充電數(shù)據(jù)通過無線模塊傳輸給充電中心，并自動進行充放電管理。這樣充電中心就可以實時了解充電的狀態(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；當汽車在正常使用電池時，系統(tǒng)會實時監(jiān)測電池的用電情況，在剩余電量不足時及時通知駕駛?cè)藛T，并將警報通過無線模塊發(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蓄電池的充放電進行管理，大功率蓄電池充放電電流較大，需要充放電控制電路對電池進行保護充放電，以免損壞電池；蓄電池檢測電路主要是檢測電池的充放電電壓、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參考；CC1101無線電模塊用于將采集的電池數(shù)據(jù)通過無線電發(fā)送給充電中心，以便充電中心進行實時管理。

2 蓄電池管理系統(tǒng)硬件設計
蓄電池管理系統(tǒng)包括電流檢測模塊、電壓檢測模塊、溫度檢測模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。
2．1 電流、電壓檢測模塊設計
在本系統(tǒng)中，單片機需要對蓄電池組的整體電壓和單節(jié)電池電壓進行檢測。目前有兩種檢測方法：一種是采用霍爾電壓傳感器來轉(zhuǎn)換被測電壓，再通過A／D轉(zhuǎn)換元件進行采樣；另一種是采用精密電阻構建電阻分壓電路，再用A／D轉(zhuǎn)換元件進行采樣。第二種方法對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)換芯片來采集模擬信號。AD7656是利用創(chuàng)新的半導體制造工藝(iCMOS)制作的高集成度、6通道同時采樣的16位逐次逼近型的ADC。其吞吐率高達250 ksps，可以6通道同時采樣；支持并行、串行和菊花鏈的接口模式；可以與處理器的SPI、QSPI等高速串口實現(xiàn)無縫連接；寬帶寬輸入，輸入頻率為50 kHz時的信噪比(SNR)為86．5 dB；在供電電壓為5 V、采樣速率為250 ksps時，功耗為140mW。如圖2所示，AD7656有兩個電源輸入端，分別為模擬電壓輸入端AVCC和數(shù)字電壓輸入端DVCC。在AD7656同時轉(zhuǎn)換6通道數(shù)據(jù)時，需要一個標準的輸入電源，以便達到高精度的要求，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。在電路的接地設計中，AD7656的DGND與AGND需要相互分開接地，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，用來檢測轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；P1．1端口與CONVST A、CONVST B和CONVST C三個端口相連，作為AD7656的6路A／D同時采樣啟動控制口；P1．2端口與AD7656的讀信號／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。