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2020年04月05日(ri) 11:21 ? 次(ci)閱mu)/span>

一、引言

隨著純電動(dong)車dao)盎旌he)動(dong)力車的發展,作為重要儲能設備的串聯(lian)電池組是影(ying)響(xiang)整車性能的一個關鍵因素。

延長電池壽命,提高電池的使用(yong)效率是電動(dong)汽車商品化、實用(yong)化的關鍵。由(you)于水桶效應的存(cun)在,串聯(lian)電池組的整體性能取決于電池組中性能最差的單體電池,為了能夠對(dui)串聯(lian)電池組的能量使用(yong)進行有效管理,需要實時監視(shi)串聯(lian)電池組中xie)牡?宓緋刈刺 T詒碚韉緋刈刺 牟can)數中,電池的mu)說繆棺金芴逑制涔?髯刺  虼司 凡cai)集(ji)電池組中各個單體電池電壓十分(fen)重要。

二、現有xie)?宓緋?觳夥fang)法

目前單體電池電壓測量方(fang)法有許多,主(zhu)要可歸納(na)為分(fen)壓電阻降(jiang)壓、浮(fu)動(dong)地測量、模擬(ni)開關選通等幾種方(fang)法,下面就這(zhe)些方(fang)法做一個分(fen)析(xi)︰

1、電阻分(fen)壓法

電阻分(fen)壓法主(zhu)要是通過電阻分(fen)壓將實dao)實繆顧?醯講飭啃酒pian)可接(jie)受(shou)的電壓範圍,然後進行模數轉換。U1對(dui)應BT1 的電壓,Un-1 對(dui)應從BT1 到BTn-1 之間的電壓,Un 對(dui)應整個電池組的電壓,如圖1 所示。這(zhe)種方(fang)法測量方(fang)面,成本(ben)低,壽命長,但是存(cun)在累(lei)積誤差,且無法消(xiao)除。隨著nuo)?宓緋厥腦齠啵 ?宓緋氐繆共(gong)飭課蟛罨崴孀毆gong)模電壓的增大而增大。

串聯(lian)鋰離(li)子電池組檢測系統設計

圖1 電阻分(fen)壓方(fang)案

2、浮(fu)動(dong)地測量法

使用(yong)浮(fu)動(dong)地技術(shu)測量電池端電壓時,窗口比較器會自動(dong)判斷當前低電位是否(fu)合(he)適。如果合(he)適直接(jie)啟動(dong)模數轉換進行測量;如果太高或太低,則通過微控制器經數模對(dui)低電位進行浮(fu)動(dong)控制使低電位處(chu)于合(he)適的狀態下。該(gai)方(fang)案由(you)于低電位經常受(shou)現場(chang)干(gan)擾而變化,不能對(dui)低電位進行精確控制,影(ying)響(xiang)整個系統的測量效果。

3、模擬(ni)開關法

采(cai)用(yong)模擬(ni)開關的方(fang)案通過模擬(ni)開關選擇測量ke) dao),每個通道(dao)采(cai)用(yong)運算放大器組成shang) 圓cai)樣電路。當選中需要進行測量的通道(dao)後,模擬(ni)開關的輸出(chu)經電壓跟隨器送(song)入模數轉換器進行模數轉換。該(gai)方(fang)法根據串聯(lian)電池組總電壓的大小(xiao),選擇適當的放大倍數,不必電阻分(fen)壓網絡(luo)或改變低電位就可以直接(jie)測量任意一只電池的電壓,測量方(fang)便。但是該(gai)方(fang)法需要數量眾多的運放和精密匹配電阻,成本(ben)高,且電阻的分(fen)散性會導(dao)致(zhi)測量結果分(fen)散性較高。

文獻(xian)[4]提出(chu)采(cai)用(yong)開關矩陣構建測量電路,該(gai)方(fang)案成本(ben)低,測量精度高,但是需要絕對(dui)值電路。文獻(xian)[5]采(cai)用(yong)運算放大器結合(he)繼電器的方(fang)法,可以克服溫(wen)漂問(wen)題,但是與采(cai)用(yong)模擬(ni)開關的方(fang)法一樣,也(ye)需要大量的運算放大器和繼電器,且繼電器會有壽命問(wen)題。

三(san)、新型單體電池電壓檢測方(fang)法

1、整體方(fang)案

由(you)于差分(fen)放大器可以克服共(gong)模信號(hao)的干(gan)擾,而只對(dui)差分(fen)信號(hao)進行處(chu)理。利用(yong)開關矩陣把每個單體電池的兩端引出(chu),即可進行端電壓的測量而不受(shou)到其它電池的影(ying)響(xiang)。該(gai)方(fang)案整體結構如圖2所示,當SB1和SB2閉合(he)時,其它開關都關斷,電池BT1的兩端電位分(fen)別接(jie)入差分(fen)放大器的正端和負端,經過差分(fen)放大器放大後送(song)入模數轉換器進行模數轉換;當SB2和SB3閉合(he)而其它開關都關斷時,電池BT2的兩端電位進行差分(fen)放大器的正端和負端,依次(ci)類推可以測量所有xie)緋刈櫓械(xie)牡?宓緋氐繆埂/p>

串聯(lian)鋰離(li)子電池組檢測系統設計

圖2 拓撲song)/p>

每節鋰離(li)子電池最高電壓為5 V,由(you)圖3 可得,第(di)1 個INA117 的3 腳nuo)氖淙氳縭譜罡呶0 V.同理,第(di)16 個INA117 的2 腳輸入電勢最低為- 40 V.第(di)1 至8 個INA117 的輸出(chu)電壓為正,第(di)9 至16 個INA117 的輸出(chu)電壓為負,所以多選一模擬(ni)開關和A/D 轉換器都要求可以輸入正、負電壓。多選一模擬(ni)開關選用(yong)MUX16,為16 選1 可正負電壓輸入模擬(ni)開關,因此16節電池只需1 個MUX16.但由(you)于單片(pian)機IO 口有限,文中用(yong)一片(pian)74LS154 擴(kuo)展了IO 口,僅(jin)用(yong)單片(pian)機的4 個IO 口即可控制MUX16 分(fen)別選通單節鋰離(li)子電池進行xie)繆共(gong)裳/p>

串聯(lian)鋰離(li)子電池組檢測系統設計

圖3 16 個INA117 的共(gong)地點接(jie)法

1. 3 A/D 轉換器

監測電池組無需用(yong)很高的采(cai)樣速度采(cai)樣每節電池的電壓,16 節電池電壓的采(cai)樣共(gong)用(yong)1 個A/D 轉換器[4]。各節電池輸入的測量電壓通過多選一模擬(ni)開關MUX16 與A/D 轉換器連接(jie)。根據電池電壓的更新周(zhou)期(qi)和電壓要求,A/D 轉換器傳送(song)給(gei)單片(pian)機的電壓轉換值誤差最大為10 mV.選擇美信公司MAX1272.

MAX1272 是具有故障保護、可通過軟件選擇輸入範圍的12 位串行模擬(ni)數字轉換器,使用(yong)SPI 三(san)線通信協(xie)議,+ 5 V 供電,模擬(ni)輸入電壓範圍0 ~ 10 V,0 ~ 5 V,± 10 V,± 5 V.內部(bu)自帶+ 4. 096 V 參(can)考(kao)電壓。當采(cai)用(yong)內部(bu)+ 4. 096 V 參(can)考(kao)電壓時,理想情況下模擬(ni)電壓輸入對(dui)應的數字輸出(chu),如表1 所示。

表1 理想情況下模擬(ni)電壓輸入對(dui)應的數字輸出(chu)

串聯(lian)鋰離(li)子電池組檢測系統設計

由(you)表1 可知,MAX1272 輸出(chu)的數字量最高位是符號(hao)位,余下的11 位是數據。負數以補碼的形(xing)wen)礁gei)出(chu)。

參(can)考(kao)電壓為+ 4. 096 V 時,1LSB = 1. 220 7 mV.

MAX1272 的最大量化誤差,加you)shang)非線性、失調(diao)等誤差的影(ying)響(xiang),總誤差約為5 mV.INA117 精度高,正常情況下,誤差在1 mV 以內。因此,使用(yong)INA117 和MAX1272 的組合(he),可以滿(man)足串聯(lian)鋰離(li)子電池組電池監測系統在電壓誤差10 mV 以下的要求。需要更高的電壓精度,需要選用(yong)更高分(fen)辨率的A/D 轉換器。

MAX1272 的線路連接(jie)圖如圖4 所示。

串聯(lian)鋰離(li)子電池組檢測系統設計

圖4 MAX1272 的線路連接(jie)圖

圖4 中MAX1272 采(cai)用(yong)了內部(bu)參(can)考(kao)電壓,6 腳VREF 和地之間接(jie)2. 2 μF 鉭電容(rong)和0. 1 μF 陶瓷電容(rong)

PCB 布線時,這(zhe)兩個電容(rong)都要求盡量接(jie)近MAX1272。

1. 4 溫(wen)度監測

針對(dui)串聯(lian)電池組,傳統的測溫(wen)方(fang)法多采(cai)用(yong)模擬(ni)溫(wen)度傳感(gan)器進行測量,在數據的采(cai)集(ji)和傳輸過程中易zi)芡飩緇肪車母gan)擾,從而使gong)獾玫慕 蟛 洗螅 業輩飭康憬隙嗍保  囈細fu)雜。文中采(cai)用(yong)單片(pian)機和單總線數字式溫(wen)度傳感(gan)器DS18B20 來解決上(shang)述問(wen)題[5].其原理如圖5 所示。

串聯(lian)鋰離(li)子電池組檢測系統設計

圖5 溫(wen)度巡回檢測系統框(kuang)圖

采(cai)用(yong)外部(bu)5 V 供電,總線上(shang)可掛接(jie)多片(pian)DS18B20,且可以同時進行精確的溫(wen)度轉換,而無需外接(jie)驅動(dong)電路。測溫(wen)範圍- 55 ~ + 125 ℃; 測溫(wen)精度︰ 在- 10 ~+ 85 ℃範圍內的精度為± 0. 5 ℃; 在溫(wen)度采(cai)集(ji)過程中,單片(pian)機芯片(pian)需對(dui)DS18B20 發命令字,同時也(ye)需要讀取由(you)DS18B20 采(cai)集(ji)到jiang)奈wen)度。因此,單片(pian)機控制器的I /O必須被設置為具有雙向傳輸數據能力。

本(ben)檢測系統每隔一節鋰離(li)子電池在總線上(shang)掛接(jie)一片(pian)DS18B20,設置8 個溫(wen)度監測點,同時檢測8 點溫(wen)度。實dao)視(shi)τyong)時由(you)單片(pian)機軟件判斷出(chu)需要顯示的溫(wen)度值︰ 當溫(wen)度高于10 ℃時,顯示8 個溫(wen)度點中最高的溫(wen)度值; 當溫(wen)度低于10 ℃時,顯示8 個溫(wen)度點中最低的溫(wen)度值,達到jie)行?he)理的溫(wen)度監控效果。

1. 5 風扇及加熱(re)控制電路

對(dui)于電池的na)?re)問(wen)題,設計了風扇控制電路,通過對(dui)測量到jiang)牡緋匚wen)度值進行判斷,決定風扇的開啟或關閉。當溫(wen)度過高時,單片(pian)機將發出(chu)信號(hao)開啟風扇。

電路如圖6 所示,FAN 為低電平時,晶體管9014 不導(dao)通,此時繼電器無動(dong)作; 當FAN 為高電平時,晶體管9014 導(dao)通,使得繼電器觸(chu)點吸合(he),風扇在24 V 電源電壓的供電下開始工作。

串聯(lian)鋰離(li)子電池組檢測系統設計

圖6 風扇控制電路

對(dui)于應用(yong)環境復(fu)雜的串聯(lian)鋰離(li)子電池組,除了要考(kao)慮溫(wen)度過高的情況,還要考(kao)慮溫(wen)度過低的情況。因為電池在溫(wen)度過低的環境下運行時,會使鋰離(li)子活性變差,嵌入和脫出(chu)能力下降(jiang),容(rong)易在石(shi)墨晶體表面沉積,形(xing)成鋰金屬。形(xing)成的鋰金屬會與電解液(ye)發生不可逆(ni)的反(fan)應。

如果鋰離(li)子電池長期(qi)在低溫(wen)下工作,則將使電池的容(rong)量下降(jiang)明顯。因此根據需要設計了加熱(re)器控制電路,原理如風扇控制電路。

2 監測系統的性能

實測證明,使用(yong)INA117、16 選1 模擬(ni)開關MUX16、MAX1272、51 單片(pian)機和DS18B20 的串聯(lian)鋰離(li)子電池組監測系統監測16 節3. 7 V 鋰離(li)子電池,電壓的測量誤差完全在10 mV 以內。溫(wen)度方(fang)面,由(you)于DS18B20 精度較高,溫(wen)度誤差在1 ℃以內。電壓和溫(wen)度的測量均達到要求,系統運行可靠。當串聯(lian)鋰離(li)子電池組任何一節電池電壓< 2. 2 V 時,單片(pian)機調(diao)用(yong)輕(qing)度報(bao)警程序進行聲光報(bao)警,並(bing)通報(bao)存(cun)在問(wen)題的電池。

當串聯(lian)鋰離(li)子電池組任何一節電池電壓> 5 V 時,單片(pian)機調(diao)用(yong)嚴重報(bao)警程序進行聲光報(bao)警。如果溫(wen)度值超(chao)出(chu)預設溫(wen)度值的容(rong)許範圍,串聯(lian)鋰離(li)子電池組監測系統進行聲光報(bao)警。風扇和加熱(re)控制電路均能根據設定溫(wen)度ri)F舳dong)控制電路。當溫(wen)度低于5 ℃時,啟動(dong)加熱(re)控制電路; 溫(wen)度高于50 ℃時,啟動(dong)風扇控制電路。

3 結束語

串聯(lian)鋰離(li)子電池組檢測系統,采(cai)用(yong)高共(gong)模抑制比差分(fen)運放INA117 解決了共(gong)地問(wen)題,監測電壓誤差正負10 mV,如要進一步jiao)岣嘸觳餼 齲 梢匝∮yong)高位A/D轉換器。檢測時,鋰離(li)子電池是串聯(lian)接(jie)在檢測模塊上(shang)的,要保證接(jie)線正確。根據實dao)視(shi)τyong),可把幾個檢測系統串接(jie)起來檢測更多的串聯(lian)鋰離(li)子電池組,但要確保共(gong)模電壓gong)懷chao)過INA117 的最大保護共(gong)模電壓範圍。
責任編輯;zl

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三(san)洋化成工業公司計劃(hua)將于2021年全面投產(chan)全樹脂...

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發表于 2020-04-05 09:14? 134次(ci)閱mu)/div>三(san)洋化成工業公司計劃(hua)將于2021年全面投產(chan)全樹脂...

單片(pian)機的種類有哪些

 國外單片(pian)機品牌有意法半(ban)導(dao)體ST,恩智浦(pu),瑞薩,mcrochip,賽普拉斯,atmel等等
發表于 2020-04-05 09:14? 248次(ci)閱mu)/div>單片(pian)機的種類有哪些

單片(pian)機制作模擬(ni)電子琴

在這(zhe)個小(xiao)制作里除了給(gei)大家介紹了“mini”模擬(ni)電子琴所需的硬件外,還主(zhu)要介紹了用(yong)單片(pian)機為控制核(he)心如何....
發表于 2020-04-05 09:14? 173次(ci)閱mu)/div>單片(pian)機制作模擬(ni)電子琴

全球最大的車dao)鑀屣 緇乜﹦   man)足寧德時代20...

車dao)鑀屣 緇匾yi)于日(ri)前開工,該(gai)生產(chan)基地項目總用(yong)地約2093畝(mu),建築(zhu)面積約61萬(wan)平方(fang)米,總設計產(chan)能約4....
發表于 2020-04-05 09:14? 479次(ci)閱mu)/div>全球最大的車��dao)鑀屣 緇��乜﹦   ��man)足寧德時代20...

庫區測溫(wen)網絡(luo)無線傳輸系統的硬件電路和軟件設計

庫區溫(wen)度直接(jie)關系到庫存(cun)物資(zi)的安(an)全與性能,目前庫區溫(wen)度數據的傳輸大多采(cai)用(yong)有線方(fang)式,存(cun)在布線難度大、材料....
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下一代電池監控器︰如何在提高精度和延長運行時間的...

測量電池組內的關鍵參(can)數至關重要,尤其是電池組內電池電壓、電流和溫(wen)度,因為這(zhe)些參(can)數超(chao)過極(ji)限值時,將會觸(chu)....
發表于 2020-04-05 09:14? 1045次(ci)閱mu)/div>下一代電池監控器︰如何在提高精度和延長運行時間的...

基于AVR單片(pian)機和溫(wen)度傳感(gan)器實現智能溫(wen)控系統的na)..

在工農業生產(chan)和日(ri)常生活中,溫(wen)度的測量kao)翱?圃嚼叢街匾 4 車奈wen)度控制系統采(cai)用(yong)熱(re)敏電阻器或熱(re)電偶(ou)測量溫(wen)....
發表于 2020-04-05 09:14? 166次(ci)閱mu)/div>基于AVR單片(pian)機和溫(wen)度傳感(gan)器實現智能溫(wen)控系統的��na)��..

采(cai)用(yong)AVR單片(pian)機和GTJ4-10A固態繼電器實現...

溫(wen)度顯示曲(qu)線圖的主(zhu)要任務是將單片(pian)機接(jie)收到jiang)氖菹允境chu)來,當溫(wen)度傳過時,在軟件中分(fen)別顯示當前的溫(wen)度值和....
發表于 2020-04-05 09:14? 391次(ci)閱mu)/div>采(cai)用(yong)AVR單片(pian)機和GTJ4-10A固態繼電器實現...

通過采(cai)用(yong)單片(pian)機和指紋識別模塊實現電子機械(xie)鎖(suo)的na)杓/a>

發表于 2020-04-05 09:14? 165次(ci)閱mu)/div>通過采(cai)用(yong)單片(pian)機和指紋識別模塊實現電子機械(xie)鎖(suo)的��na)杓�� /></a></div><div class=

基于ATmega64及RTL8019AS實現工業...

隨著互聯(lian)網的日(ri)益普及,各種家電設備fu) 瞧饕潛硪約骯?瞪chan)中xie)氖薟cai)集(ji)與控制設備在逐步jiang)刈呦蟯luo)化,以....
發表于 2020-04-05 09:14? 92次(ci)閱mu)/div>基于ATmega64及RTL8019AS實現工業...

歐fen)弈ni)獨(du)立制造鋰離(li)子電池 多國承諾(nuo)提供資(zi)金

歐fen)蘅 枷M芄歡du)立制造鋰離(li)子電池,不過,現在幾乎(hu)所有xie)氖shi)墨都來自亞(ya)洲(zhou),主(zhu)要是中國。而石(shi)墨是制造電池....
發表于 2020-04-05 09:14? 135次(ci)閱mu)/div>歐��fen)弈��ni)獨(du)立制造鋰離(li)子電池 多國承諾(nuo)提供資(zi)金

基于一種鋰離(li)子電池的電池監控系統設計

ADI公司現場(chang)應用(yong)工程師 摘要 鋰離(li)子(Li-Ion)電池是電動(dong)汽車和混合(he)動(dong)力汽車的常用(yong)儲能方(fang)法。這(zhe)....
發表于 2020-04-05 09:14? 309次(ci)閱mu)/div>基于一種鋰離(li)子電池的電池監控系統設計

數字信號(hao)和模擬(ni)信號(hao)到jiang)子惺裁辭/a>

發表于 2020-04-05 09:14? 1239次(ci)閱mu)/div>數字信號(hao)和模擬(ni)信號(hao)到��jiang)子惺裁辭���� /></a></div><div class=

Advano 納(na)米顆粒助力鋰離(li)子電池容(rong)量增加

目前,在鋰離(li)子電池中, 被認為是最有望替代石(shi)墨的負極(ji)材料。如果將石(shi)墨負極(ji)換成 負極(ji),電池容(rong)量可以提高....
發表于 2020-04-05 09:14? 336次(ci)閱mu)/div>Advano 納(na)米顆粒助力鋰離(li)子電池容(rong)量增加

單片(pian)機與晶振(zhen)到jiang)子惺裁垂叵/a>

發表于 2020-04-05 09:14? 870次(ci)閱mu)/div>單片(pian)機與晶振(zhen)到��jiang)子惺裁垂叵�� /></a></div><div class=

單片(pian)機如何通過GPRS模塊獲取位置信息詳細方(fang)法說...

GPRS是如何獲取位置的呢(ne)?GPRS不同于GPS,我們都知道(dao)GPS是通過衛星來定位,而GPRS是通過....
發表于 2020-04-05 09:14? 466次(ci)閱mu)/div>單片(pian)機如何通過GPRS模塊獲取位置信息詳細方(fang)法說...
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