鋰離子電池組監控系統研究與實現 — 系統硬件設計

　　3.3信號采集電路

　　3.3.1 A/D轉換MSP430F233有一個12位的逐次逼近型ADC，具有8路模擬量輸入通道，

　　使系統可以同時對電壓、電流以及溫度信號進行采集，而不需要再擴展A/D芯片。

　　該AD轉換器內部包含有采樣保持電路，另外，其內部自帶參考電壓。

　　AD轉換器是通過其AVCC引腳供電。片內自帶2.56V的基準電壓VREF+，當進行電壓、電流和溫度等信號采集時，可以在VREF+引腳上加上電容進行解耦，這樣可以對噪聲更好的抑制。其A/D轉換連接電路如圖3.14.

　　3.3.2電壓采集電路

　　對電壓的精確采集是系統能否正常運行中非常關鍵的一步。因為，后續的保護電路需要依據電池組總電壓和單體電壓值的大小進行判斷，所以，我們需要選用合適的測量方法完成對電壓的精確測量。

　　目前的電壓采集電路用的比較多的方法有以下幾種：

　　電阻分壓法、隔離放大器、線性光電隔離、高共模放大器。

　　本設計主要針對小功率的鋰離子電池管理系統，系統中電池組的數量最多不超過16個，當電池組滿充時，其端電壓為67.2V，充電電壓控制范圍為67.2±0.8V.另外，由于系統需要根據單體電池電壓值進行保護判斷，需要測量單體電池電壓。

　　因此，我們選擇了電阻分壓的方式來進行電壓采集。

　　本電路主要由以下幾個部分組成：電池電壓輸入接口電路、高8路電壓取樣網絡、低8路電壓取樣網絡、高8路信號多路選通電路、低8路信號多路選通電路、放大電路。

　　如圖3.15所示為電池電壓輸入接口電路。

　　取樣電阻網絡分為高8節取樣電路和低8節取樣電路。這樣取樣的原因是由于受系統成本所限，系統的放電電路沒有采用高精度、低漂移的集成運放LM324，而是采用了價格比較低的LMV324.雖然LMV324能夠與LM324相兼容，但是LMV324的缺點是精度較低，而且，當低端電壓放大時，其漂移和線性度不能滿足需求。因此我們需要把取樣電阻網絡設計成高8節和低8節兩種不同的接法。

　　這兩種電壓取樣網絡分別如圖3.16和圖3.17所示。

　　由上圖可知，高8節電壓取樣網絡中，其各極電壓都是通過兩個電阻對地進行分壓，取樣得到的電壓值都可以保持在1V以上，從而保證進入運放LMV324后均可在線性區工作，能夠滿足要求。

　　上圖為低8節電壓取樣電阻網絡，在該電路中，各極電壓都是通過兩個電阻對1V的基準電壓進行分壓取樣。如果采用和高8節一樣的方法直接對地分壓的話，會使差分信號中的共模信號過弱，不能滿足運放LMV324的工作要求，使其不能工作在線性區，因此需要采用各極電壓均對固定的1V基準電壓進行分壓的方式取樣，從而也保證所有電壓值均在1V以上的線性區。1V基準電壓的產生電路如圖3.18所示。

　　其中的VRER2.5是由單片機內部的AD采樣參考電壓輸出的2.5V標準電壓，該電壓經電阻分壓和跟隨器電路輸出后得到穩定的1V基準電壓，該電壓在小范圍內的波動不會對放電電路的輸出形成明顯的影響。

　　經過電壓采樣電阻網絡取樣后，我們需要把16路電壓信號分時的送入單片機的AD轉換器中。在這里選用四片多路開關芯片CD4052來構成高8路和低8路的多路開關電路。電路如圖3.19和圖3.20所示。

　　最后，將多路開關選通電路中的X路和Y路輸出一起接入放大電路中，其中X路輸出接VNIN，Y路輸出接VPIN，VPIN為同相輸入端，VNIN為反相輸入端。將每節電池的差分信號轉換為單極對地信號VADIN，然后送入單片機的AD通道進行轉換。電壓放大電路如圖3.21所示。