鋰離子動(dòng)力鋰電池組監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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(dòng)力鋰電池組成的低壓電源是水下機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。鋰離子電池保養(yǎng)不當(dāng)會(huì)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(jìn)而影響水下機(jī)器人的整體功能，在嚴(yán)重情況下也會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人的安全事故。通過對(duì)鋰離子動(dòng)力鋰電池組參數(shù)的在線測量，可以及時(shí)了解鋰離子電池的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行特性和維護(hù)要求。因此，研究開發(fā)鋰離子動(dòng)力鋰電池在線監(jiān)測系統(tǒng)勢(shì)在必行。

為了結(jié)束對(duì)鋰離子動(dòng)力鋰電池參數(shù)的監(jiān)測，需求規(guī)劃參數(shù)采集模塊是首選。采集鋰離子動(dòng)力鋰電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，上傳到帶有A/D轉(zhuǎn)換模塊的MCU中，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和刷新。

2.鋰離子動(dòng)力鋰電池組監(jiān)控系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)選取lax數(shù)據(jù)采集和收斂數(shù)據(jù)處理，分別規(guī)劃電壓采集電路、電流采集電路、溫度采集電路，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行收斂處理。體系結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。

本系統(tǒng)監(jiān)控策略為國家863項(xiàng)目水下機(jī)器人系統(tǒng)鋰離子動(dòng)力鋰電池組，采用深圳樂天科技生產(chǎn)的ts-lfp160aha型鋰離子動(dòng)力鋰電池。電池組由8節(jié)電池組成。監(jiān)測各單體電池的端電壓，進(jìn)行過壓和欠壓的鑒別。要多點(diǎn)溫度測量來監(jiān)視每個(gè)電池的溫度和電池組地址環(huán)境的溫度和濕度。8節(jié)單體電池串聯(lián)，只要測量串聯(lián)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(jiān)控系統(tǒng)的CPU也體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1.節(jié)能，節(jié)能已成為現(xiàn)代電子設(shè)備規(guī)劃中的一個(gè)熱點(diǎn)問題。當(dāng)裝置采用二次電池供電時(shí)，節(jié)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(dú)立于外圍設(shè)備進(jìn)入低功耗模式。

2.16通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器。這關(guān)于多路復(fù)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(zhuǎn)換通道上。而不是在DSP外部設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換電路。

3.40輸入/輸出插腳，可單獨(dú)編程或重復(fù)使用。可用于安全開關(guān)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(jiān)控系統(tǒng)的flash部分。

3.系統(tǒng)硬件規(guī)劃

系統(tǒng)的硬件規(guī)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(shí)時(shí)控制而設(shè)計(jì)的高功能定點(diǎn)16位DSP設(shè)備，指令周期為33ns。集成了前端采樣A/D轉(zhuǎn)換器和后端PWM輸出硬件，簡化了硬件電路規(guī)劃，滿足了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

3.1電壓采集電路規(guī)劃本方法以鋰離子動(dòng)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(gè)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(nèi)。電池處理系統(tǒng)要求的最小采樣頻率為20ms。

該系統(tǒng)采用線性光耦合器作為信號(hào)傳輸采樣裝置，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)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(shí)于DSP。這之后要通過多路轉(zhuǎn)換進(jìn)入微處理器進(jìn)行核算。