動力鋰電池組智能管理系統設計

顯示模塊的實現

LCD顯示選用DM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊。該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如下：
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的接口：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，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、工作溫度以及剩余電量等。

數據存儲通信模塊的實現

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、電池電量等通過采樣實時寫入Flash存儲芯片SST25VF020中保存。在需要時，可通過串口與上位PC機通信把存儲在Flash中的歷史數據讀到PC上。

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2.7V~3.3V；低功耗，工作電流為7mA，等待電流為3μA；時鐘頻率高達33MHz；數據可保存100年；其封裝為SOIC和小尺寸的WSON封裝。實際應用電路如圖7所示。

圖7 FLASH存儲器電路原理圖

軟件設計

該系統的軟件設計采用單片機C語言完成，主要包括單體電壓測量程序、電流檢測程序、溫度檢測程序、能量均衡程序、充電管理程序、LCD顯示程序及數據存儲通信程序等幾個程序模塊。其主流程圖如圖8所示。

圖8 主流程圖

電壓測量程序

通過單片機的10位A/D轉換模塊測量單節電池的電壓值。為了提高測量的精度，軟件采用“篩值平均”的軟件濾波方法。在對每節電池的模擬量進行測量時，連續測量多次，然后篩去最高值和最低值，再對剩余的測量值取平均值，以獲得最佳的測量結果。然后根據電壓的計算方式，獲得電池的電壓。在電壓測量完成后，運行“冒泡排序”的程序，對所有的電池電壓進行排序，標記出最低、最高電池，為均衡模塊服務。

充電管理程序

通過檢測到的單節電池電壓判斷電池所處的充電階段，并利用單片機的脈寬調制輸出(PWM)來控制MOSFET以實現預充階段的小電流充電和保持充電階段的脈沖充電。當檢測到電池充電完畢后，自動斷開充電回路。充電管理模塊通過檢測到的電壓、電流、溫度值判斷電池是否工作在正常狀態，如出現過壓、過流或溫度過高等現象，立刻通過MOSFET關閉充放電回路，并點亮故障提示燈。

結語

本設計為動力鋰電池組提供了智能管理系統，通過該系統為電池組提供了各種保護及能量均衡控制，最大限度地發揮了鋰電池組的整體性能。開發出的樣機通過在7節50AH串聯雷天鋰電池組上試驗，實現最大均衡電流為2.5A，均衡效率為80%左右，性能完全滿足動力鋰電池組能量均衡的要求，具有很好的應用前景和推廣價值。