鋰離子電池組監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn) ― 系統(tǒng)硬件設(shè)計
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系統(tǒng)的3.6V電源則由變換的5V電源轉(zhuǎn)換得到。該DC-DC電路可以由HT7536芯片實(shí)現(xiàn)。該芯片是一個三端高效電源管理芯片。具有結(jié)構(gòu)簡單，功耗小、溫度系數(shù)小、壓差低等優(yōu)點(diǎn)。該電路如圖3.6所示。
3.2.3復(fù)位電路
本系統(tǒng)中采用STC809R作為復(fù)位芯片，該芯片是專用復(fù)位芯片，具有很多優(yōu)點(diǎn)：在上電時，當(dāng)時鐘振蕩穩(wěn)定而且電壓值大于用戶設(shè)定值，單片機(jī)才開始工作;掉電時，當(dāng)電壓值低于用戶設(shè)定值，單片機(jī)才能復(fù)位;電池電壓下降到一定值，單片機(jī)始終處于復(fù)位狀態(tài)，且此時處于超低功耗，避免電池出現(xiàn)過放;具有掉電檢測電路，在掉電過程中有充分的時間保存數(shù)據(jù)。
3.2.4外部電路本系統(tǒng)采用上位機(jī)對單片機(jī)系統(tǒng)中均衡、保護(hù)以及報警等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這些參數(shù)需要通過上位機(jī)設(shè)置并保存到硬件電路中，因此需要擴(kuò)展1KB的EEPROM存儲器，如圖3.8所示。
MSP430單片機(jī)支持JTAG接口的在線下載和調(diào)試，因此在電路上預(yù)留了JTAG接口電路，給調(diào)試和使用都帶來了極大的方便。電路如圖3.9所示。
我們采用中斷方式來滿足系統(tǒng)應(yīng)用中有狀態(tài)和電量顯示的需求。系統(tǒng)中設(shè)定了相應(yīng)的功能按鍵，當(dāng)某一按鍵按下時，產(chǎn)生中斷，根據(jù)按鍵去查看電池的剩余電路和相應(yīng)狀態(tài)，在沒有按鍵按下時，我們不對其進(jìn)行顯示。這樣可以減少系統(tǒng)的能量損耗。
統(tǒng)有充放電狀態(tài)和電量狀態(tài)的LED指示電路，備用的指示電路，以及LED報警和蜂鳴器報警電路，分別如圖3.10、圖3.11、圖3.12和圖3.13所示。
3.3信號采集電路
3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換MSP430F233有一個12位的逐次逼近型ADC，具有8路模擬量輸入通道，
使系統(tǒng)可以同時對電壓、電流以及溫度信號進(jìn)行采集，而不需要再擴(kuò)展A/D芯片。
該AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)部包含有采樣保持電路，另外，其內(nèi)部自帶參考電壓。
AD轉(zhuǎn)換器是通過其AVCC引腳供電。片內(nèi)自帶2.56V的基準(zhǔn)電壓VREF+，當(dāng)進(jìn)行電壓、電流和溫度等信號采集時，可以在VREF+引腳上加上電容進(jìn)行解耦，這樣可以對噪聲更好的抑制。其A/D轉(zhuǎn)換連接電路如圖3.14.
3.3.2電壓采集電路
對電壓的精確采集是系統(tǒng)能否正常運(yùn)行中非常關(guān)鍵的一步。因?yàn)?，后續(xù)的保護(hù)電路需要依據(jù)電池組總電壓和單體電壓值的大小進(jìn)行判斷，所以，我們需要選用合適的測量方法完成對電壓的精確測量。
目前的電壓采集電路用的比較多的方法有以下幾種：
電阻分壓法、隔離放大器、線性光電隔離、高共模放大器。
本設(shè)計主要針對小功率的鋰離子電池管理系統(tǒng)，系統(tǒng)中電池組的數(shù)量最多不超過16個，當(dāng)電池組滿充時，其端電壓為67.2V，充電電壓控制范圍為67.2±0.8V.另外，由于系統(tǒng)需要根據(jù)單體電池電壓值進(jìn)行保護(hù)判斷，需要測量單體電池電壓。
因此，我們選擇了電阻分壓的方式來進(jìn)行電壓采集。
本電路主要由以下幾個部分組成：電池電壓輸入接口電路、高8路電壓取樣網(wǎng)絡(luò)、低8路電壓取樣網(wǎng)絡(luò)、高8路信號多路選通電路、低8路信號多路選通電路、放大電路。
如圖3.15所示為電池電壓輸入接口電路。
取樣電阻網(wǎng)絡(luò)分為高8節(jié)取樣電路和低8節(jié)取樣電路。這樣取樣的原因是由于受系統(tǒng)成本所限，系統(tǒng)的放電電路沒有采用高精度、低漂移的集成運(yùn)放LM324，而是采用了價格比較低的LMV324.雖然LMV324能夠與LM324相兼容，但是LMV324的缺點(diǎn)是精度較低，而且，當(dāng)?shù)投穗妷悍糯髸r，其漂移和線性度不能滿足需求。因此我們需要把取樣電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計成高8節(jié)和低8節(jié)兩種不同的接法。
這兩種電壓取樣網(wǎng)絡(luò)分別如圖3.16和圖3.17所示。
由上圖可知，高8節(jié)電壓取樣網(wǎng)絡(luò)中，其各極電壓都是通過兩個電阻對地進(jìn)行分壓，取樣得到的電壓值都可以保持在1V以上，從而保證進(jìn)入運(yùn)放LMV324后均可在線性區(qū)工作，能夠滿足要求。
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