鋰離子電池組無線監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、前言

　　隨著鋰離子電池的廣泛應用，其安全性問題越來越受重視。對鋰離子電池的參數(shù)進行實時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。有些應用領域由于條件限制，難于鋪設線路，需要對電池進行遠距離的監(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集中的場合等，可通過無線網絡對采集的數(shù)據進行傳輸管理。

　　該系統(tǒng)主要由鋰離子電池組狀態(tài)參數(shù)數(shù)據采集、信號無線傳輸、數(shù)據處理等幾部分組成，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)據采集部分包括對鋰離子電池組的電壓、電流、內阻以及溫度等參數(shù)進行測量，由單片機對采樣數(shù)據進行初步處理，然后控制發(fā)射芯片調制發(fā)送。系統(tǒng)后端由無線接收控制模塊、單片機和串口電路、本地計算機組成，接收芯片對信號解調，單片機接收數(shù)據并進行處理，將有效數(shù)據通過串口傳送到本地計算機上進行，監(jiān)測人員可通過對狀態(tài)數(shù)據進行分析掌握該電池組的工作狀態(tài)，對不正常的電池及時進行處理，確保其工作的可靠性。

圖1 電池監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖

　　根據鋰離子電池組多樣的應用環(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計，主要包括：鋰離子電池組電壓測量電路、電流測量電路、內阻測量電路、溫度測量電路四個部分[1,2]。檢測模塊對采集的信號進行A/D轉換，并將數(shù)據發(fā)送給控制模塊。設計中采用的高精度、高實效數(shù)據采集模塊兼顧了專用化和通用化的原則，配置靈活。系統(tǒng)可由單片機對各個模塊的選通進行控制，各模塊可單獨使用也可以自由組合，能適應不同的應用場合。

　　2、實驗系統(tǒng)

　　無線數(shù)據傳輸和有線數(shù)據傳輸相比較而言，其特點是使用射頻信號來發(fā)送和接收數(shù)據包。無線數(shù)據傳輸主要由無線數(shù)據終端、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。整個傳輸系統(tǒng)的設計都是為了實現(xiàn)對鋰離子電池組狀態(tài)在線監(jiān)測這個目的，因此對數(shù)據傳輸?shù)臏蚀_、實時性以及功耗問題是設計的關鍵。

2.1 發(fā)射端

　　2.1.1 發(fā)射端電路的設計實現(xiàn)

　　無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的硬件電路主要由數(shù)據采集模塊、單片機以及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單片機對發(fā)射系統(tǒng)進行控制，單片機控制數(shù)據采集模塊分別對電池的電壓、電流、內阻以及溫度進行采樣。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調制/解調和多頻道切換等功能，在低成本數(shù)字無線通信應用中具有突出的技術優(yōu)勢[68]。