基于單片機的串聯鋰離子電池組監測系統設計

摘要 介紹一個以51系列單片機為主控單元的串聯鋰離子電池組監測系統。采用差分放大器和模擬開關輪流檢測單體電池電壓，利用單片機的IO接口和DS18B20實現單總線多點溫度檢測。系統簡單經濟，經過試驗，能可靠、準確地對串聯鋰離子電池組進行監測。
關鍵詞 串聯鋰離子電池組；差分放大器；單總線

具有高電壓、高容量、循環壽命長、安全性能好等優點的鋰離子電池，在便攜式電子設備、電動汽車、空間技術、國防工業等多方面具有廣闊的應用前景。由若干節鋰離子電池經串聯組成的動力鋰離子電池組目前應用最為廣泛。由于每節單體電池的電壓不一致，使用中電池不允許過充電、過放電，電池的性能和壽命受溫度影響較大等特點，必須對串聯鋰離子電池組進行監測，確保在使用中鋰離子電池具有良好的狀態，或者使用中電池出現問題立即報警，電源管理系統立即采取保障措施，并提醒相關入員檢修。單體電壓和電池組的溫度是辨別串聯鋰離子電池組是否正常工作的主要技術指標。文獻采用直接采樣法，將要測量的單體電池電壓存儲在非電容上進行測量。該方法反應時間慢、誤差較大、控制復雜；文獻采用運放和光藕繼電器來測量串聯電池組的單體電壓。該方法對光耦的線性度要求很高，導致硬件成本較高。目前，直接采用集成芯片的串聯鋰離子電池組監控系統受到青睞，但該方法串聯電池的數目固定，導致應用不靈活、硬件成本高等缺點。文中研制了一種動力鋰離子電池組監測系統，對串聯鋰離子電池組的單體電壓和電池組的溫度進行在線監測，當單體電池電壓偏離規定區間時，監測系統啟動報警程序進行聲、光報警；當電池組溫度偏離規定的區間時，監測系統啟動風扇或加熱控制電路，并存儲有關數據，確保電池組正常工作。整個監測系統具有連續測量分量、簡單經濟、精度高和可靠性高的特點。

1 技術和方案
1．1 系統結構
串聯鋰離子電池組監測系統包括采用51系列單片機的核心控制模塊、鋰離子電池組狀態采集模塊、信號調理模塊，報警及處理系統模塊，監測系統可以通過RS485接口與PC機組成分布式監測系統，實現一臺PC監測多個串聯電池組，系統結構框圖如圖1所示。狀態采集模塊包括對單體電池的電壓和電池組的溫度等參數進行采集，然后待測量信號進行處理，通過A／D轉換器采樣后傳輸給單片機進行數據處理，將有效數據通過串口傳到本地PC機，監測人員可以通過對狀態數據的進行分析從而掌握電池組的工作情況，對不安全的狀態進行及時的處理，確保其工作的可靠性。