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2020年(nian)03月06日 11:21 ? 次閱(yue)讀

一、引言(yan)

隨著純電動車dao)ji)混合動力車的發展,作為(wei)重(zhong)要儲能設備(bei)的串聯電池組(zu)是影響整車性yue)艿囊桓齬?jian)因(yin)素。

延長電池壽命,提高電池的使(shi)用(yong)效(xiao)率(lv)是電動汽車商品(pin)化、實用(yong)化的關鍵(jian)。由(you)于水桶效(xiao)應的存在,串聯電池組(zu)的整體性yue)莧【 詰緋刈zu)中性yue)蘢畈畹牡dan)體電池,為(wei)了(liao)能夠對串聯電池組(zu)的能量使(shi)用(yong)進行有效(xiao)管理,需(xu)要實時監視串聯電池組(zu)中的單(dan)體電池狀態。在表征(zheng)電池狀態的參wen)校 緋氐畝duan)電壓最能體現zhi)涔?髯刺  yin)此精確采集電池組(zu)中各個單(dan)體電池電壓十分重(zhong)要。

二(er)、現zhong)械dan)體電池檢測方法

目前單(dan)體電池電壓測量方法有許(xu)多,主要可歸納為(wei)分壓電阻降壓、浮動地(di)測量、模(mo)擬開關選通等幾(ji)種方法,下面就這(zhe)些方法做一個分析︰

1、電阻分壓法

電阻分壓法主要是通過電阻分壓將實dao)實繆顧?醯講飭啃酒 山jie)受的電壓範圍,然後進行模(mo)數轉換。U1對za)T1 的電壓,Un-1 對za)ΥT1 到BTn-1 之間的電壓,Un 對za)φ齙緋刈zu)的電壓,如圖1 所示(shi)。這(zhe)種方法測量方面,成本低,壽命長,但(dan)是存在累(lei)積誤差,且(qie)無法消除。隨著單(dan)體電池數的增多,單(dan)體電池電壓gong)飭課蟛罨崴孀毆gong)模(mo)電壓的增大而增大。

串聯鋰離(li)子電池組(zu)檢測系統設計

圖1 電阻分壓方案

2、浮動地(di)測量法

使(shi)用(yong)浮動地(di)技術測量電池端(duan)電壓時,窗口(kou)比較器會自(zi)動判斷當前低電位是否(fu)合適。如果合適直接(jie)啟動模(mo)數轉換進行測量;如果太高或太低,則(ze)通過微控制(zhi)器經數模(mo)對低電位進行浮動控制(zhi)使(shi)低電位處于合適的狀態下。該方案由(you)于低電位經常受現場干(gan)擾而變化,不能對低電位進行精確控制(zhi),影響整個系統的測量效(xiao)果。

3、模(mo)擬開關法

采用(yong)模(mo)擬開關的方案通過模(mo)擬開關選擇測量ke) 潰 扛  啦捎yong)運算放(fang)大器組(zu)成shang) 圓裳a href='http://www.hqpcb.com/' target='_blank' >電路。當選中需(xu)要進行測量的通道後,模(mo)擬開關的輸(shu)出經電壓跟(gen)隨器送入模(mo)數轉換器進行模(mo)數轉換。該方法根據串聯電池組(zu)總電壓的大小,選擇適當的放(fang)大倍數,不必電阻分壓網絡(luo)或改(gai)變低電位就可以直接(jie)測量任(ren)wo)庖恢壞緋氐牡繆梗 飭糠獎恪5dan)是該方法需(xu)要數量眾多的運放(fang)和精密(mi)匹配電阻,成本高,且(qie)電阻的分散(san)性會導(dao)致測量結果分散(san)性較高。

文獻[4]提出采用(yong)開關矩陣構建(jian)測量電路,該方案成本低,測量精度高,但(dan)是需(xu)要絕對值電路。文獻[5]采用(yong)運算放(fang)大器結合繼(ji)電器的方法,可以克服(fu)溫漂(piao)問(wen)題(ti),但(dan)是與(yu)采用(yong)模(mo)擬開關的方法一樣,也(ye)需(xu)要大量的運算放(fang)大器和繼(ji)電器,且(qie)繼(ji)電器會有壽命問(wen)題(ti)。

三、新型(xing)單(dan)體電池電壓檢測方法

1、整體方案

由(you)于差分放(fang)大器可以克服(fu)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)的干(gan)擾,而只對差分信(xin)號(hao)進行處理。利用(yong)開關矩陣把每個單(dan)體電池的兩端(duan)引出,即可進行端(duan)電壓的測量而不受到其它電池的影響。該方案整體結構如圖2所示(shi),當SB1和SB2閉合時,其它開關都(du)關斷,電池BT1的兩端(duan)電位分別(bie)接(jie)入差分放(fang)大器的正端(duan)和負(fu)端(duan),經過差分放(fang)大器放(fang)大後送入模(mo)數轉換器進行模(mo)數轉換;當SB2和SB3閉合而其它開關都(du)關斷時,電池BT2的兩端(duan)電位進行差分放(fang)大器的正端(duan)和負(fu)端(duan),依(yi)次類推可以測量所有電池組(zu)中的單(dan)體電池電壓。

串聯鋰離(li)子電池組(zu)檢測系統設計

圖2 拓撲圖

每節鋰離(li)子電池最高電壓為(wei)5 V,由(you)圖3 可得(de),第1 個INA117 的3 腳(jiao)的輸(shu)入電勢最高為(wei)40 V.同(tong)理,第16 個INA117 的2 腳(jiao)輸(shu)入電勢最低為(wei)- 40 V.第1 至8 個INA117 的輸(shu)出電壓為(wei)正,第9 至16 個INA117 的輸(shu)出電壓為(wei)負(fu)hai) 遠嘌∫荒mo)擬開關和A/D 轉換器都(du)要求可以輸(shu)入正、負(fu)電壓。多選一模(mo)擬開關選用(yong)MUX16,為(wei)16 選1 可正負(fu)電壓輸(shu)入模(mo)擬開關,因(yin)此16節電池只需(xu)1 個MUX16.但(dan)由(you)于單(dan)片機IO 口(kou)有限,文中用(yong)一片74LS154 擴展了(liao)IO 口(kou),僅用(yong)單(dan)片機的4 個IO 口(kou)即可控制(zhi)MUX16 分別(bie)選通單(dan)節鋰離(li)子電池進行電壓gong)裳/p>

串聯鋰離(li)子電池組(zu)檢測系統設計

圖3 16 個INA117 的共(gong)地(di)點接(jie)法

1. 3 A/D 轉換器

監測電池組(zu)無需(xu)用(yong)很高的采樣速度采樣每節電池的電壓,16 節電池電壓的采樣共(gong)用(yong)1 個A/D 轉換器[4]。各節電池輸(shu)入的測量電壓通過多選一模(mo)擬開關MUX16 與(yu)A/D 轉換器連接(jie)。根據電池電壓的更新周期和電壓要求,A/D 轉換器傳(chuan)送給單(dan)片機的電壓轉換值誤差最大為(wei)10 mV.選擇美信(xin)公司MAX1272.

MAX1272 是具有故障保護、可通過軟件選擇輸(shu)入範圍的12 位串行模(mo)擬數字轉換器,使(shi)用(yong)SPI 三線通信(xin)協議(yi),+ 5 V 供電,模(mo)擬輸(shu)入電壓範圍0 ~ 10 V,0 ~ 5 V,± 10 V,± 5 V.內部自(zi)帶+ 4. 096 V 參考電壓。當采用(yong)內部+ 4. 096 V 參考電壓時,理想(xiang)情況下模(mo)擬電壓輸(shu)入對za)Φ氖質shu)出,如表1 所示(shi)。

表1 理想(xiang)情況下模(mo)擬電壓輸(shu)入對za)Φ氖質shu)出

串聯鋰離(li)子電池組(zu)檢測系統設計

由(you)表1 可知,MAX1272 輸(shu)出的數字量最高位是符號(hao)位,余(yu)下的11 位是數據。負(fu)數以補碼的形wen)礁觥/p>

參考電壓為(wei)+ 4. 096 V 時,1LSB = 1. 220 7 mV.

MAX1272 的最大量化誤差,加you)戲竅 浴??韉任(ren)蟛畹撓跋歟  蟛鈐嘉wei)5 mV.INA117 精度高,正常情況下,誤差在1 mV 以yue) Ryin)此,使(shi)用(yong)INA117 和MAX1272 的組(zu)合,可以滿足串聯鋰離(li)子電池組(zu)電池監測系統在電壓誤差10 mV 以下的要求。需(xu)要更高的電壓精度,需(xu)要選用(yong)更高分辨率(lv)的A/D 轉換器。

MAX1272 的線路連接(jie)圖如圖4 所示(shi)。

串聯鋰離(li)子電池組(zu)檢測系統設計

圖4 MAX1272 的線路連接(jie)圖

圖4 中MAX1272 采用(yong)了(liao)內部參考電壓,6 腳(jiao)VREF 和地(di)之間接(jie)2. 2 μF 鉭電容(rong)和0. 1 μF 陶瓷電容(rong)

PCB 布線時,這(zhe)兩個電容(rong)都(du)要求盡量接(jie)近MAX1272。

1. 4 溫度監測

針對串聯電池組(zu),傳(chuan)統的測溫方法多采用(yong)模(mo)擬溫度傳(chuan)感器進行測量,在數據的采集和傳(chuan)輸(shu)過程中易受外界(jie)環境的干(gan)擾,從而使(shi)測得(de)的結果誤差較大,且(qie)當測量點較多時,連線較復(fu)雜(za)。文中采用(yong)單(dan)片機和單(dan)總線數字式溫度傳(chuan)感器DS18B20 來解決上(shang)述問(wen)題(ti)[5].其原理如圖5 所示(shi)。

串聯鋰離(li)子電池組(zu)檢測系統設計

圖5 溫度巡(xun)回檢測系統框圖

采用(yong)外部5 V 供電,總線上(shang)可掛接(jie)多片DS18B20,且(qie)可以同(tong)時進行精確的溫度轉換,而無需(xu)外接(jie)驅動電路。測溫範圍- 55 ~ + 125 ℃; 測溫精度︰ 在- 10 ~+ 85 ℃範圍內的精度ren) 0. 5 ℃; 在溫度采集過程中,單(dan)片機芯片需(xu)對DS18B20 發命令字,同(tong)時也(ye)需(xu)要讀取由(you)DS18B20 采集到的溫度。因(yin)此,單(dan)片機控制(zhi)器的I /O必須被(bei)設置(zhi)為(wei)具有雙向傳(chuan)輸(shu)數據能力。

本檢測系統每隔一節鋰離(li)子電池在總線上(shang)掛接(jie)一片DS18B20,設置(zhi)8 個溫度監測點,同(tong)時檢測8 點溫度。實dao)視τyong)時由(you)單(dan)片機軟件判斷出需(xu)要顯示(shi)的溫度值︰ 當溫度高于10 ℃時,顯示(shi)8 個溫度點中最高的溫度值; 當溫度低于10 ℃時,顯示(shi)8 個溫度點中最低的溫度值,達到jie)行xiao)合理的溫度監控效(xiao)果。

1. 5 風扇及(ji)加熱控制(zhi)電路

對za)詰緋氐納san)熱ren)wen)題(ti),設計了(liao)風扇控制(zhi)電路,通過對測量到的電池溫度值進行xin)卸希 齠ding)風扇的開啟或關閉。當溫度過高時,單(dan)片機將發出信(xin)號(hao)開啟風扇。

電路如圖6 所示(shi),FAN 為(wei)低電平時,晶體管9014 不導(dao)通,此時繼(ji)電器無動作; 當FAN 為(wei)高電平時,晶體管9014 導(dao)通,使(shi)得(de)繼(ji)電器觸點吸合,風扇在24 V 電源電壓的供電下開始工作。

串聯鋰離(li)子電池組(zu)檢測系統設計

圖6 風扇控制(zhi)電路

對za)謨τyong)環境復(fu)雜(za)的串聯鋰離(li)子電池組(zu),除了(liao)要考慮溫度過高的情況,還要考慮溫度過低的情況。因(yin)為(wei)電池在溫度過低的環境下運行時,會使(shi)鋰離(li)子活性變差,嵌入和脫(tuo)出能力下降,容(rong)易zi)謔   灞礱娉粱 緯娠 鶚簟P緯傻娘 鶚艋嵊yu)電解液發生不可逆的反(fan)應。

如果鋰離(li)子電池長期在低溫下工作,則(ze)將使(shi)電池的容(rong)量下降de)饗浴Ryin)此根據需(xu)要設計了(liao)加熱器控制(zhi)電路,原理如風扇控制(zhi)電路。

2 監測系統的性yue)/p>

實測證明,使(shi)用(yong)INA117、16 選1 模(mo)擬開關MUX16、MAX1272、51 單(dan)片機和DS18B20 的串聯鋰離(li)子電池組(zu)監測系統監測16 節3. 7 V 鋰離(li)子電池,電壓的測量誤差完全在10 mV 以yue) N露確矯媯 you)于DS18B20 精度較高,溫度ren)蟛鈐 ℃以yue) 5繆購臀露鵲牟飭烤 揭 螅 低吃誦鋅煽俊5貝   li)子電池組(zu)任(ren)何(he)一節電池電壓< 2. 2 V 時,單(dan)片機調用(yong)輕度報警程序(xu)進行聲光(guang)報警,並通報存在問(wen)題(ti)的電池。

當串聯鋰離(li)子電池組(zu)任(ren)何(he)一節電池電壓> 5 V 時,單(dan)片機調用(yong)嚴重(zhong)報警程序(xu)進行聲光(guang)報警。如果溫度值超(chao)出預設溫度值的容(rong)許(xu)範圍,串聯鋰離(li)子電池組(zu)監測系統進行聲光(guang)報警。風扇和加熱控制(zhi)電路均能根據設定(ding)溫度正常啟動控制(zhi)電路。當溫度低于5 ℃時,啟動加熱控制(zhi)電路; 溫度高于50 ℃時,啟動風扇控制(zhi)電路。

3 結束(shu)語

串聯鋰離(li)子電池組(zu)檢測系統,采用(yong)高共(gong)模(mo)抑制(zhi)比差分運放(fang)INA117 解決了(liao)共(gong)地(di)問(wen)題(ti),監測電壓誤差正負(fu)10 mV,如要進一步提高檢測精度,可以選用(yong)高位A/D轉換器。檢測時,鋰離(li)子電池是串聯接(jie)在檢測模(mo)塊上(shang)的mo)  V?jie)線正確。根據實dao)視τyong),可把幾(ji)個檢測系統串接(jie)起來檢測更多的串聯鋰離(li)子電池組(zu),但(dan)要確保共(gong)模(mo)電壓gong)懷chao)過INA117 的最大保護共(gong)模(mo)電壓範圍。
責任(ren)編輯;zl

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www.hq77.com【即存即送】www.2096.com單(dan)片機的種類有哪些

 國(guo)外單(dan)片機品(pin)牌(pai)有意法半導(dao)體ST,恩智浦(pu),瑞薩,mcrochip,賽普拉斯(si),atmel等等
發表于 2020-04-03 17:56? 248次閱(yue)讀
單(dan)片機的種類有哪些

單(dan)片機制(zhi)作模(mo)擬電子琴

在這(zhe)個小制(zhi)作里除了(liao)給大家介紹了(liao)“mini”模(mo)擬電子琴所需(xu)的硬件外,還主要介紹了(liao)用(yong)單(dan)片機為(wei)控制(zhi)核(he)心如何(he)....
發表于 2020-04-03 17:56? 173次閱(yue)讀
單(dan)片機制(zhi)作模(mo)擬電子琴

全球(qiu)最大的mou)道鑀屣 緇ji)地(di)開建(jian),將滿足寧德(de)時代20...

車里灣鋰電基(ji)地(di)已(yi)于日前開工,該生產基(ji)地(di)項(xiang)目總用(yong)地(di)約2093畝,建(jian)築面積約61萬(wan)平方米,總設計產能約4....
發表于 2020-04-03 17:56? 479次閱(yue)讀
全球(qiu)最大的��mou)道鑀屣 緇��ji)地(di)開建(jian),將滿足寧德(de)時代20...

庫區測溫網絡(luo)無線傳(chuan)輸(shu)系統的硬件電路fan)腿砑杓/a>

庫區測溫網絡(luo)無線傳(chuan)輸(shu)系統的硬件電路��fan)腿砑��杓�� /></a></div><div class=

下一代電池監控器︰如何(he)在提高精度和tuo)映?誦惺奔淶..

測量電池組(zu)內的關鍵(jian)參wen)涼?zhong)要,尤其是電池組(zu)內電池電壓、電流和溫度,因(yin)為(wei)這(zhe)些參wen)chao)過極限值時,將會觸....
發表于 2020-04-03 17:56? 1045次閱(yue)讀
下一代電池監控器︰如何(he)在提高精度和��tuo)映?誦惺奔淶��..

基(ji)于AVR單(dan)片機和溫度傳(chuan)感器實現智能溫控系統的設...

在工農業生產和日常生活中,溫度的測量及(ji)控制(zhi)越來越重(zhong)要。傳(chuan)統的溫度控制(zhi)系統采用(yong)熱rang)艫繾杵骰蛉鵲緡疾飭課...
發表于 2020-04-03 17:56? 166次閱(yue)讀
基(ji)于AVR單(dan)片機和溫度傳(chuan)感器實現智能溫控系統的設...

采用(yong)AVR單(dan)片機和GTJ4-10A固(gu)態繼(ji)電器實現...

溫度顯示(shi)曲線圖的主要任(ren)務是將單(dan)片機接(jie)收到的數據顯示(shi)出來,當溫度傳(chuan)過時,在軟件中分別(bie)顯示(shi)當前的溫度值和....
發表于 2020-04-03 17:56? 391次閱(yue)讀
采用(yong)AVR單(dan)片機和GTJ4-10A固(gu)態繼(ji)電器實現...

通過采用(yong)單(dan)片機和指紋識別(bie)模(mo)塊實現電子機械鎖的設計

隨著生活水平的提高,人們對物(wu)質生活的要求越來越高,尤ren)  zhong)住宅安全問(wen)題(ti)。隨著生物(wu)特征(zheng)識別(bie)技術的發展,....
發表于 2020-04-03 17:56? 165次閱(yue)讀
通過采用(yong)單(dan)片機和指紋識別(bie)模(mo)塊實現電子機械鎖的設計

基(ji)于ATmega64及(ji)RTL8019AS實現工業...

隨著互聯網的日zhao)嫫佔ji),各種家電設備(bei)、儀器儀表以及(ji)工業生產中的數據采集與(yu)控制(zhi)設備(bei)在逐步地(di)走向網絡(luo)化,以....
發表于 2020-04-03 17:56? 92次閱(yue)讀
基(ji)于ATmega64及(ji)RTL8019AS實現工業...

歐(ou)洲擬獨立制(zhi)造鋰離(li)子電池 多國(guo)承xin)堤 ┬式/a>

歐(ou)洲擬獨立制(zhi)造鋰離(li)子電池 多國(guo)承��xin)堤 ┬式�� /></a></div><div class=

基(ji)于一種鋰離(li)子電池的電池監控系統設計

ADI公司現場應用(yong)工程師 摘要 鋰離(li)子(Li-Ion)電池是電動汽車和混合動力汽車的mou)Syong)儲能方法。這(zhe)....
發表于 2020-04-03 17:56? 309次閱(yue)讀
基(ji)于一種鋰離(li)子電池的電池監控系統設計

數字信(xin)號(hao)和模(mo)擬信(xin)號(hao)到底(di)有什(shi)麼區別(bie)

在電學中,將連續變化的電壓、電流等ren)wu)理量稱為(wei)模(mo)擬信(xin)號(hao),而離(li)散(san)變化的電壓、電流則(ze)稱為(wei)數字信(xin)號(hao)。下面我(wo)們....
發表于 2020-04-03 17:56? 1239次閱(yue)讀
數字信(xin)號(hao)和模(mo)擬信(xin)號(hao)到底(di)有什(shi)麼區別(bie)

Advano 納米顆粒助(zhu)力鋰離(li)子電池容(rong)量增加

目前,在鋰離(li)子電池中, 被(bei)認為(wei)是最有xing)媧  母fu)極材料。如果將石墨負(fu)極換成 負(fu)極,電池容(rong)量可以提高....
發表于 2020-04-03 17:56? 336次閱(yue)讀
Advano 納米顆粒助(zhu)力鋰離(li)子電池容(rong)量增加

單(dan)片機與(yu)晶振到底(di)有什(shi)麼關系

在初(chu)學單(dan)片機的時候,總是伴(ban)隨很多有關于晶振的問(wen)題(ti),其實晶振就是如同(tong)人的心髒,是血(xue)液的脈(mai)搏,把單(dan)片機的....
發表于 2020-04-03 17:56? 870次閱(yue)讀
單(dan)片機與(yu)晶振到底(di)有什(shi)麼關系

單(dan)片機如何(he)通過GPRS模(mo)塊獲取位置(zhi)信(xin)息詳細方法說...

GPRS是如何(he)獲取位置(zhi)的呢?GPRS不同(tong)于GPS,我(wo)們都(du)知道GPS是通過衛星來定(ding)位,而GPRS是通過....
發表于 2020-04-03 17:56? 466次閱(yue)讀
單(dan)片機如何(he)通過GPRS模(mo)塊獲取位置(zhi)信(xin)息詳細方法說...
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