新型可監控鋰電池串聯監測管理模型設計和實現

摘 要鋰電池由于能力密度大，應用壽命長，不存在記憶失效等優點被廣泛應用在各種用電設備中，因而研究其監測管理系統具有重要意義。本文首先給出新型可監控鋰電池串聯監測管理模型整體設計，進而分析了監測管理模型硬件設計，包括電壓監測板塊，SPI隔離板塊，電壓均衡化，溫度監測電路和核心處理模塊的電路設計，并給出新型可監控鋰電池串聯監測管理模型軟件設計。分析程序流程，最后給出新型可監控鋰電池串聯監測管理系統的測試結果分析。

【關鍵詞】鋰電池 電壓監測 串聯

1 引言

鋰電池的不足是當充電過程中的應用標準較為苛刻，由此產生的充電過流，過壓和放電短路以及過熱狀況均會對電池的壽命和效能產生影響。因而需要增強對鋰電池的監控管理才可以延長鋰電池的使用壽命，并且提升其應用效率。

本文完成新型可監控鋰電池串聯監測管理模型設計，能夠避免鋰電池在串聯充電進程中的過充狀況，并且保證電池串接過程中的電壓守恒。

2 新型可監控鋰電池串聯監測管理模型整體設計

2.1 可監控鋰電池串聯監測管理模型各部分銜接

整個系統選取MC9型單片機作為電壓監測的核心模塊，采用SPI總線結合電壓獲取芯片搭建采集通訊板塊，并采用常規輸入和輸出部分實現溫度測試部分通訊，并采用系統的核心測試方法把獲取的電壓數據保存在單片機的存儲裝置中。

2.2 可監控鋰電池串聯監測電壓管理部分

單片機通過核心代碼把獲取到的電壓數據保存在單片機的存儲裝置中，之后再將詳細的數據采用CAN總線精準地傳送到總控制板塊中。

2.3 本章總結

本章主要研究了新型可監控鋰電池串聯監測管理模型整體設計，包含可監控鋰電池串聯監測管理模型各部分銜接和電壓管理部分。

3 新型可監控鋰電池串聯監測管理模型硬件設計

3.1 電壓監測板塊的硬件設計

3.1.1 電壓監測思路

電壓值是整個監測體系的重要參量，電池的放電值和電池端部位電壓相應，在充放電的進程中，需要精準地獲取鋰電池的端電壓。本文采用串聯鋰電池組的管理方法，在應用過程中，各節電池障礙均會影響到整體的電池組。

3.1.2 電壓監測板塊設計

本文的設計過程中選取多節電池監測系統IC-LTC完成鋰電池組電壓的監測，最多可以監測到13組單體電池。單體監測的精準程度為1.8mV，并且各次電池電壓的測量過程能夠在12毫秒內實現。

3.1.3 SPI隔離板塊的設計

在電壓獲取電路中本文選用LTC經過SPI接口傳輸信息，其速率為1M每秒，因而在光耦隔離電路的轉換速率設置時，應當超過1M每秒才能夠保證速率不被限定。

3.1.4 光耦電路設計

若完成電路的相對個例需要對兩側電路分別供電，此外，供電功能實現源自于控制芯片處電源，LTC芯片均通過電池組采用轉化的方法得到，并判斷可否實現光耦部分功率標準。

3.1.5 電壓均衡化設計

當多節電池串接作為供電部分時，由于單體鋰電池狀態不一使得各單體鋰電池的充電和放電狀態不一。均衡電路均選用能耗的方式完成放電，并在各節電池的兩側并聯放電電阻和場效應管。

3.2 溫度監測電路的設計

若鋰電池溫度高于一定結果時，會使得鋰電池產生不可復原性損壞，并且溫度也會對電池組的充放電狀態產生作用。本文選取DS18B20作為溫度傳感裝置，并將其附著在電池組的外圍。進而選取單總線協定完成并聯。

3.3 核心處理模塊的電路設計

本文選取MC9S單片機作為主控裝置，該芯片作為一種單核類芯片，其最大頻率能夠達到38MHz，內部集合了SPI控制裝置和總線，各部分LTC均能夠監測串聯電路的單體電壓值。

3.4 本章總結

本章主要完成新型可監控鋰電池串聯監測管理模型硬件設計，分析了電壓監測板塊，SPI隔離板塊，光耦電路，電壓均衡化，溫度監測電路和核心處理模塊的電路設計以及電壓監測思路和設計。

4 新型可監控鋰電池串聯監測管理模型軟件設計

4.1 新型可監控鋰電池串聯監測管理模型程序流程

新型可監控鋰電池串聯監測管理模型程序采用過程化的編程方式，單片機和LTC之間選取CAN總線完成通信。此外，單片機和DS18B30，漏水部分之間選用I/O方式完成通訊。

4.2 新型可監控鋰電池串聯監測管理模型程序流程分析

整個程序的起始模塊先完成初始化，包含SPI，CAN，IO部分以及LTC模塊的初始化，并采用延時操作使初始化程序進行工作，獲取監測部分寄存器的信息，進而采用程序換算的方法將具體信息采用CAN總線傳送到總控制器中。

4.3 本章總結

本章主要研究了新型可監控鋰電池串聯監測管理模型軟件設計，給出新型可監控鋰電池串聯監測管理模型程序流程分析。

5 新型可監控鋰電池串聯監測管理系統的測試結果分析

5.1 新型可監控鋰電池串聯監測管理系統的測試結果

鋰電池組的監測值即采用該系統的監測數據和檢測工具獲取的電壓數據完成對照，兩組數據的差值為0.0012V，最大的差值為0.0021V。和AD轉換的精準度參量相近。

5.2 實驗結果分析

整個實驗過程能夠精準地獲取到各部分單體電池的電量，并且獲取電池的實際放電數據，鋰電池在加速部分能夠完成大功率輸出，并且具有相應的電壓浮動。

5.3 本章總結

本章主要給出新型可監控鋰電池串聯監測管理系統的測試結果分析，分析了新型可監控鋰電池串聯監測管理系統的測試結果，并完成實驗結果分析。

6 本文總結

本文首先研究了新型可監控鋰電池串聯監測管理模型整體設計，包含可監控鋰電池串聯監測管理模型各部分銜接和電壓管理部分。進而完成新型可監控鋰電池串聯監測管理模型硬件設計，分析了電壓監測板塊，SPI隔離板塊，光耦電路，電壓均衡化，溫度監測電路和核心處理模塊的電路設計以及電壓監測思路和設計。

最后給出新型可監控鋰電池串聯監測管理系統的測試結果分析，分析了新型可監控鋰電池串聯監測管理系統的測試結果，并完成實驗結果分析。

參考文獻

[1]馬雙寶.節蓄電池串聯智能充電器的設計[J].武漢科技學院學報，2008，21（10）：23-25.

[2]田銳.混合動力汽車用鉛酸蓄電池均衡控制策略研究[D].重慶：重慶大學，2005：25-32.

作者單位

徐建波（1982-），男，遼寧省建平縣人。大學本科學歷。工程師。研究方向為新能源技術。作者單位

作者單位

中航鋰電（洛陽）有限公司電芯制造部 河南省洛陽市 471003