鋰離子動力鋰電池組監控系統的設計與實現

1.介紹

蓄電池是一種通過放電來輸出電能，通過充電來吸收和回收電能的電源。由鋰離子動力鋰電池組成的低壓電源是水下機器人系統的關鍵設備。鋰離子電池保養不當會直接影響鋰離子電池的使用效率和壽命，甚至直接損壞鋰離子電池，進而影響水下機器人的整體功能，在嚴重情況下也會導致機器人的安全事故。通過對鋰離子動力鋰電池組參數的在線測量，可以及時了解鋰離子電池的運行狀態、運行特性和維護要求。因此，研究開發鋰離子動力鋰電池在線監測系統勢在必行。

為了結束對鋰離子動力鋰電池參數的監測，需求規劃參數采集模塊是首選。采集鋰離子動力鋰電池的電壓、電流、溫度等參數，上傳到帶有A/D轉換模塊的MCU中，對這些數據進行記錄和刷新。

2.鋰離子動力鋰電池組監控系統概述

本系統選取lax數據采集和收斂數據處理，分別規劃電壓采集電路、電流采集電路、溫度采集電路，然后將數據傳輸到單片機進行收斂處理。體系結構圖如圖2-1所示。

本系統監控策略為國家863項目水下機器人系統鋰離子動力鋰電池組，采用深圳樂天科技生產的ts-lfp160aha型鋰離子動力鋰電池。電池組由8節電池組成。監測各單體電池的端電壓，進行過壓和欠壓的鑒別。要多點溫度測量來監視每個電池的溫度和電池組地址環境的溫度和濕度。8節單體電池串聯，只要測量串聯電流即可判斷過流。

本文選用TMS320LF2407A芯片。使用該芯片作為電池監控系統的CPU也體現在以下幾個方面:

1.節能，節能已成為現代電子設備規劃中的一個熱點問題。當裝置采用二次電池供電時，節能問題變得更加突出和重要。本方法使用的DSP采用3.3v電源供電，減少了控制器的損耗。芯片功耗處理包含低功耗模式，可以獨立于外圍設備進入低功耗模式。

2.16通道輸入A/D轉換器。這關于多路復用的子電路是有意義的。它可以將采集電路的輸出直接連接到DSP的A/D轉換通道上。而不是在DSP外部設置A/D轉換電路。

3.40輸入/輸出插腳，可單獨編程或重復使用。可用于安全開關等外圍電路控制。

4.串行通信接口(SCI)和16位串行外圍接口模塊(SPI)可以連接到監控系統的flash部分。

3.系統硬件規劃

系統的硬件規劃重要包括電壓采集電路、電流采集電路和溫度采集電路。采集電路以TMS320LF2407A為CPU。TMS320LF2407A是TI公司專門為實時控制而設計的高功能定點16位DSP設備，指令周期為33ns。集成了前端采樣A/D轉換器和后端PWM輸出硬件，簡化了硬件電路規劃，滿足了系統的實時性要求。

3.1電壓采集電路規劃本方法以鋰離子動力鋰電池為處理策略。電池組由8塊3.6v鋰離子電池組成。每個電池的額定電壓為3.6v，終端電壓為4.25v。電壓采集精度要求在1.5%以內。電池處理系統要求的最小采樣頻率為20ms。

該系統采用線性光耦合器作為信號傳輸采樣裝置，對數據采集系統進行數據采集和阻塞，從而阻塞前端各電池的電壓。電池的大電壓必須按比例縮小，以反映電池的電壓值的變化忠實于DSP。這之后要通過多路轉換進入微處理器進行核算。