鋰電池管理系統的研究與實現 ― 鋰電池管理系統的硬件實現

用能量轉換進行單體均衡是采用電感線圈或變壓器來將能量從一節或一組電池轉移到另一節或一組電池。兩種積極的能量轉換方法是開關變壓器方法和共享變壓器方法。

開關變壓器方法共享一個與前面快速電容器相同的開關。拓撲如圖3-10.整個電池組的電流I流入變壓器T，變壓器的輸出經過二極管D校正后流入單體Bn.這由開關S的設置來決定，此外還需要一個電子控制器件來選擇目標電池和設置開關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計復雜，元件眾多，有控制器、電磁感應線圈和開關等，由于存在開關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，每一個次級分別產生感應電流。單體電池的電壓越低，它的電抗就越小，因而感應電流越大。用這種方法，每一節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行均衡。它的缺點也是復雜、元件眾多，因為每一個次級都需要整流器件。

3.5.2本電池管理系統所采用均衡方案

本電池管理系統所采用的均衡方案根據上述方法中開關變壓器均衡法的原理，直接采用DC/DC開關電源，在充放電過程中根據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電池，用電池組的電量對該節電池進行額外的均衡充電，原理圖如下：

DC/DC開關電源選用了新星DOM-24D15S5，輸入電壓18——36V，輸出電壓在4.6——5.5V可調，輸出電流為3A，實物圖如下：

3.6液晶顯示的實現

本電池管理系統選用DM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置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.主要技術參數和顯示特性：

電源：VDD 3.3V—5V(內置升壓電路，無需負壓);

顯示內容：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：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。

本系統使用串行接口，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

鋰電池管理系統在鋰電池充放電過程中把充放電信息，包括各節電池的電壓，充放電電流，工作溫度，電池電量等經過采樣實時的寫入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機通信，在上位機檢查鋰電池的充放電過程，并可在上位機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：總容量為2M;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33MHz，快速編程，快速擦除，快速讀取;數據保存100年;CMOS I/O兼容等。其封裝為SOIC和小尺寸的WSON封裝。MCU對需要的數據進行采樣后，將采集到的數據通過SPI串行通信存儲到FLASH中。當系統通過異步串口和PC機相連時，通過SPI串行通信將儲存到FLASH中的數據讀到PC機中，從而對采集的數據進行分析、處理。將采集到的數據保存后，即可擦除FLASH，為下一次采集做準備。存儲電路如圖3-15所示：

該系統串行接口UART需要和PC的串行接口RS232之間進行雙向通信，但是PC機的RS232接口電平采用負邏輯，即邏輯1：-3—-15 V，邏輯0：+ 3—+15V.而單片機使用的TTL電平中，高電平(3.5——5V)為邏輯1，低電平(0——0.8V)為邏輯0.單片機要外接電平轉換電路芯片把TTL高電平表示的1轉換成RS232的負電壓信號，把低電平表示的0轉換成RS232的正電壓信號。是要解決電平轉換問題，本系統采用MAXIM公司的MAX232C電平轉換芯片來實現，該芯片集成度高，+5V電源供電(內置了電壓倍增電路及負電源電路)，只需外接幾個電容即可完成從TTL電平到RS232電平的轉換。硬件連接電路如圖3-16所示：