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

          作者: 時間:2013-03-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          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)換方法是開關(guān)變壓器方法和共享變壓器方法。

          開關(guān)變壓器方法共享一個與前面快速電容器相同的開關(guān)。拓?fù)淙鐖D3-10.整個電池組的電流I流入變壓器T,變壓器的輸出經(jīng)過二極管D校正后流入單體Bn.這由開關(guān)S的設(shè)置來決定,此外還需要一個電子控制器件來選擇目標(biāo)電池和設(shè)置開關(guān)S.

          這種方法的均衡速度較快,但要消耗整個電池組的能量。此外還有缺點包括設(shè)計復(fù)雜,元件眾多,有控制器、電磁感應(yīng)線圈和開關(guān)等,由于存在開關(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,每一個次級分別產(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,唯一的活動元件就是次級的轉(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電池組進(jìn)行均衡。它的缺點也是復(fù)雜、元件眾多,因為每一個次級都需要整流器件。

          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)上述方法中開關(guān)變壓器均衡法的原理,直接采用DC/DC開關(guān)電源,在充放電過程中根據(jù)檢測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,用電池組的電量對該節(jié)電池進(jìn)行額外的均衡充電,原理圖如下:

          DC/DC開關(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,實物圖如下:

          3.6液晶顯示的實現(xiàn)

          本電池管理系統(tǒng)選用DM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊,可顯示漢字及圖形,內(nèi)置8192個中文漢字(16*16點陣)、128個字符(8*16點陣)及64*256點陣顯示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,無需負(fù)壓);

          顯示內(nèi)容:128列*64行;LCD類型: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,充放電時間,工作溫度,剩余電量。

          3.7串口通信的實現(xiàn)

          鋰電池管理系統(tǒng)在鋰電池充放電過程中把充放電信息,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)過采樣實時的寫入Flash存儲芯片SST25VF020中保存,在鋰電池充放電完畢后,可通過串口與上位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存儲芯片。其芯片具有以下特點:總?cè)萘繛?M;單電源讀和寫操作,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對需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣后,將采集到的數(shù)據(jù)通過SPI串行通信存儲到FLASH中。當(dāng)系統(tǒng)通過異步串口和PC機(jī)相連時,通過SPI串行通信將儲存到FLASH中的數(shù)據(jù)讀到PC機(jī)中,從而對采集的數(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,把低電平表示的0轉(zhuǎn)換成RS232的正電壓信號。是要解決電平轉(zhuǎn)換問題,本系統(tǒng)采用MAXIM公司的MAX232C電平轉(zhuǎn)換芯片來實現(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:

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