摘 要鋰電池由于能力密度大，應(yīng)用壽命長(zhǎng)，不存在記憶失效等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在各種用電設(shè)備中，因而研究其監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)具有重要意義。本文首先給出新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型整體設(shè)計(jì)，進(jìn)而分析了監(jiān)測(cè)管理模型硬件設(shè)計(jì)，包括電壓監(jiān)測(cè)板塊，SPI隔離板塊，電壓均衡化，溫度監(jiān)測(cè)電路和核心處理模塊的電路設(shè)計(jì)，并給出新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型軟件設(shè)計(jì)。分析程序流程，最后給出新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果分析。

【關(guān)鍵詞】鋰電池 電壓監(jiān)測(cè) 串聯(lián)

1 引言

鋰電池的不足是當(dāng)充電過程中的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)較為苛刻，由此產(chǎn)生的充電過流，過壓和放電短路以及過熱狀況均會(huì)對(duì)電池的壽命和效能產(chǎn)生影響。因而需要增強(qiáng)對(duì)鋰電池的監(jiān)控管理才可以延長(zhǎng)鋰電池的使用壽命，并且提升其應(yīng)用效率。

本文完成新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型設(shè)計(jì)，能夠避免鋰電池在串聯(lián)充電進(jìn)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(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型整體設(shè)計(jì)

2.1 可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型各部分銜接

整個(gè)系統(tǒng)選取MC9型單片機(jī)作為電壓監(jiān)測(cè)的核心模塊，采用SPI總線結(jié)合電壓獲取芯片搭建采集通訊板塊，并采用常規(guī)輸入和輸出部分實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)試部分通訊，并采用系統(tǒng)的核心測(cè)試方法把獲取的電壓數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)的存儲(chǔ)裝置中。

2.2 可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)電壓管理部分

單片機(jī)通過核心代碼把獲取到的電壓數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)的存儲(chǔ)裝置中，之后再將詳細(xì)的數(shù)據(jù)采用CAN總線精準(zhǔn)地傳送到總控制板塊中。

2.3 本章總結(jié)

本章主要研究了新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型整體設(shè)計(jì)，包含可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型各部分銜接和電壓管理部分。

3 新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型硬件設(shè)計(jì)

3.1 電壓監(jiān)測(cè)板塊的硬件設(shè)計(jì)

3.1.1 電壓監(jiān)測(cè)思路

電壓值是整個(gè)監(jiān)測(cè)體系的重要參量，電池的放電值和電池端部位電壓相應(yīng)，在充放電的進(jìn)程中，需要精準(zhǔn)地獲取鋰電池的端電壓。本文采用串聯(lián)鋰電池組的管理方法，在應(yīng)用過程中，各節(jié)電池障礙均會(huì)影響到整體的電池組。

3.1.2 電壓監(jiān)測(cè)板塊設(shè)計(jì)

本文的設(shè)計(jì)過程中選取多節(jié)電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)IC-LTC完成鋰電池組電壓的監(jiān)測(cè)，最多可以監(jiān)測(cè)到13組單體電池。單體監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)程度為1.8mV，并且各次電池電壓的測(cè)量過程能夠在12毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

3.1.3 SPI隔離板塊的設(shè)計(jì)

在電壓獲取電路中本文選用LTC經(jīng)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(zhuǎn)換速率設(shè)置時(shí)，應(yīng)當(dāng)超過1M每秒才能夠保證速率不被限定。

3.1.4 光耦電路設(shè)計(jì)

若完成電路的相對(duì)個(gè)例需要對(duì)兩側(cè)電路分別供電，此外，供電功能實(shí)現(xiàn)源自于控制芯片處電源，LTC芯片均通過電池組采用轉(zhuǎn)化的方法得到，并判斷可否實(shí)現(xiàn)光耦部分功率標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.5 電壓均衡化設(shè)計(jì)

當(dāng)多節(jié)電池串接作為供電部分時(shí)，由于單體鋰電池狀態(tài)不一使得各單體鋰電池的充電和放電狀態(tài)不一。均衡電路均選用能耗的方式完成放電，并在各節(jié)電池的兩側(cè)并聯(lián)放電電阻和場(chǎng)效應(yīng)管。

3.2 溫度監(jiān)測(cè)電路的設(shè)計(jì)

若鋰電池溫度高于一定結(jié)果時(shí)，會(huì)使得鋰電池產(chǎn)生不可復(fù)原性損壞，并且溫度也會(huì)對(duì)電池組的充放電狀態(tài)產(chǎn)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(jìn)而選取單總線協(xié)定完成并聯(lián)。

3.3 核心處理模塊的電路設(shè)計(jì)

本文選取MC9S單片機(jī)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(dá)到38MHz，內(nèi)部集合了SPI控制裝置和總線，各部分LTC均能夠監(jiān)測(cè)串聯(lián)電路的單體電壓值。

3.4 本章總結(jié)

本章主要完成新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型硬件設(shè)計(jì)，分析了電壓監(jiān)測(cè)板塊，SPI隔離板塊，光耦電路，電壓均衡化，溫度監(jiān)測(cè)電路和核心處理模塊的電路設(shè)計(jì)以及電壓監(jiān)測(cè)思路和設(shè)計(jì)。

4 新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型軟件設(shè)計(jì)

4.1 新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型程序流程

新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型程序采用過程化的編程方式，單片機(jī)和LTC之間選取CAN總線完成通信。此外，單片機(jī)和DS18B30，漏水部分之間選用I/O方式完成通訊。

4.2 新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型程序流程分析

整個(gè)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(shí)操作使初始化程序進(jìn)行工作，獲取監(jiān)測(cè)部分寄存器的信息，進(jìn)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(jié)

本章主要研究了新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型軟件設(shè)計(jì)，給出新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型程序流程分析。

5 新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果分析

5.1 新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果

鋰電池組的監(jiān)測(cè)值即采用該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和檢測(cè)工具獲取的電壓數(shù)據(jù)完成對(duì)照，兩組數(shù)據(jù)的差值為0.0012V，最大的差值為0.0021V。和AD轉(zhuǎn)換的精準(zhǔn)度參量相近。

5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程能夠精準(zhǔn)地獲取到各部分單體電池的電量，并且獲取電池的實(shí)際放電數(shù)據(jù)，鋰電池在加速部分能夠完成大功率輸出，并且具有相應(yīng)的電壓浮動(dòng)。

5.3 本章總結(jié)

本章主要給出新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果分析，分析了新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果，并完成實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

6 本文總結(jié)

本文首先研究了新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型整體設(shè)計(jì)，包含可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型各部分銜接和電壓管理部分。進(jìn)而完成新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理模型硬件設(shè)計(jì)，分析了電壓監(jiān)測(cè)板塊，SPI隔離板塊，光耦電路，電壓均衡化，溫度監(jiān)測(cè)電路和核心處理模塊的電路設(shè)計(jì)以及電壓監(jiān)測(cè)思路和設(shè)計(jì)。

最后給出新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果分析，分析了新型可監(jiān)控鋰電池串聯(lián)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果，并完成實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

參考文獻(xiàn)

[1]馬雙寶.節(jié)蓄電池串聯(lián)智能充電器的設(shè)計(jì)[J].武漢科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，21（10）：23-25.

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

作者單位

徐建波（1982-），男，遼寧省建平縣人。大學(xué)本科學(xué)歷。工程師。研究方向?yàn)樾履茉醇夹g(shù)。作者單位

作者單位

中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司電芯制造部 河南省洛陽(yáng)市 471003