鋰離子電池組無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、前言

　　隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，其安全性問題越來越受重視。對鋰離子電池的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測可以有效避免電池的不安全使用，并且可以盡量發(fā)揮電池的性能。有些應(yīng)用領(lǐng)域由于條件限制，難于鋪設(shè)線路，需要對電池進(jìn)行遠(yuǎn)距離的監(jiān)測，比如路燈蓄電池管理；或者由于大量使用，逐個(gè)連接監(jiān)測線路比較麻煩如基站電源管理中電池的狀態(tài)監(jiān)測或者大量在通信電臺(tái)集中的場合等，可通過無線網(wǎng)絡(luò)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸管理。

　　該系統(tǒng)主要由鋰離子電池組狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)無線傳輸、數(shù)據(jù)處理等幾部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。前端由狀態(tài)參數(shù)采集模塊和無線發(fā)射控制模塊組成，其中數(shù)據(jù)采集部分包括對鋰離子電池組的電壓、電流、內(nèi)阻以及溫度等參數(shù)進(jìn)行測量，由單片機(jī)對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，然后控制發(fā)射芯片調(diào)制發(fā)送。系統(tǒng)后端由無線接收控制模塊、單片機(jī)和串口電路、本地計(jì)算機(jī)組成，接收芯片對信號(hào)解調(diào)，單片機(jī)接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，將有效數(shù)據(jù)通過串口傳送到本地計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，監(jiān)測人員可通過對狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析掌握該電池組的工作狀態(tài)，對不正常的電池及時(shí)進(jìn)行處理，確保其工作的可靠性。

圖1 電池監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖

　　根據(jù)鋰離子電池組多樣的應(yīng)用環(huán)境以及系統(tǒng)管理的目的，狀態(tài)采樣裝置采用的是模塊化的設(shè)計(jì)，主要包括：鋰離子電池組電壓測量電路、電流測量電路、內(nèi)阻測量電路、溫度測量電路四個(gè)部分[1,2]。檢測模塊對采集的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制模塊。設(shè)計(jì)中采用的高精度、高實(shí)效數(shù)據(jù)采集模塊兼顧了專用化和通用化的原則，配置靈活。系統(tǒng)可由單片機(jī)對各個(gè)模塊的選通進(jìn)行控制，各模塊可單獨(dú)使用也可以自由組合，能適應(yīng)不同的應(yīng)用場合。

　　2、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　無線數(shù)據(jù)傳輸和有線數(shù)據(jù)傳輸相比較而言，其特點(diǎn)是使用射頻信號(hào)來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。無線數(shù)據(jù)傳輸主要由無線數(shù)據(jù)終端、主接收器和主監(jiān)控器組成，主監(jiān)控器與主接收器間采用串行口通信。整個(gè)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是為了實(shí)現(xiàn)對鋰離子電池組狀態(tài)在線監(jiān)測這個(gè)目的，因此對數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確、實(shí)時(shí)性以及功耗問題是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2.1 發(fā)射端

　　2.1.1 發(fā)射端電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的硬件電路主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)以及RF發(fā)射芯片組成，電路如圖2所示。

圖2 發(fā)射端電路

　　文中采用的是ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)對發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行控制，單片機(jī)控制數(shù)據(jù)采集模塊分別對電池的電壓、電流、內(nèi)阻以及溫度進(jìn)行采樣。無線發(fā)射芯片采用的是挪威Nordic公司推出的一體化無線收發(fā)芯片nRF401，nRF401芯片中集成了高頻發(fā)射/接收、PLL合成、FSK調(diào)制/解調(diào)和多頻道切換等功能，在低成本數(shù)字無線通信應(yīng)用中具有突出的技術(shù)優(yōu)勢[68]。