李亮

摘 要：隨著現代社會的發(fā)展，尤其是科學技術和社會經濟的發(fā)展，電動力通用飛機記載動力的研究與與之前相比獲得了巨大的發(fā)展和進步，并且由于其所使用的鋰電池控制電路結構十分復雜，并質量體積是比較大的，采集使用的精度是比較低的，并在使用的過程中電路本身的功耗是比較大的，由于這些問題的存在，因此這就嚴重的限制了鋰電池在通用飛機上的應用。正是由于這種情況的存在，因此筆者主要是對電動通用飛機動力鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)的設計進行分析研究，希望通過本文的闡述為鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)的設計提供一些建議和借鑒，促進我國這方面的研究和進步。

關鍵詞：電動；通用飛機；動力；鋰電池；監(jiān)控；系統(tǒng)；設計；分析

隨著現代社會的發(fā)展，對能源的需求越來越大，并在這個基礎上傳統(tǒng)的能源消耗嚴重，并在使用的過程中造成了嚴重的環(huán)境污染，例如是煤炭能源的使用對環(huán)境產生了較大的污染，因此在這個過程中能源的危機逐漸的出現。而且在現代社會，隨著人們生活水平的提高，對環(huán)境方面的重視也逐漸的提高，因此在生活中就需要使用一種新能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能源，例如是風能源、天然氣能源以及太陽能等在現代社會的應用逐漸的增多，除斥之外，鋰電池作為能量密度高、使用壽命長以及單節(jié)電池電壓高等各種各樣的優(yōu)點，在現代社會的發(fā)展中逐漸的還曾為了市場主流電池產品，越來越受到社會的關注。尤其是在現代社會，隨著電動汽車、電動自行車、電動飛機等在人們生活中的應用越來越普遍，多節(jié)鋰離子電池串聯的高壓電池組作為代替燃料的綠色能源，在人們生活中和工作中的應用越來越普遍。

1 動力鋰電池的特點。

在現代社會，動力鋰電池的發(fā)展是十分迅猛的，并起在人們生活和工作中的應用范圍越來越普遍。就目前來說，動力鋰電池主要是作為動力能源應用，平常是需要100只左右的電芯進行串聯。但是如果我們在工作的過程中使用傳統(tǒng)的電池工作狀態(tài)來采集芯片的話，這樣芯片的數量比較大，成本也會隨著增加。并且如果在電動力通用飛機所需要的電池電壓較高，而且電流大，對采集精準度的要求較高，在對加大的設計的難度。因此筆者就主要是針對存在的實際情況，在此基礎上對電動通用飛機動力鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)進行設計分析。

2 對于硬件的設計分析。

2.1 硬件設計框圖與相關原理分析。

筆者在設計的過程中主要是以TI 公司生產的32 位定點 DSP 芯片 TMS320F2812 來作為研究的主芯片，這主要是由于其公司生產的芯片在控制應用的過程中具有高性能、而且功能也是比較多的，并且使用其的性價比也是比較高的，除此之外，由于其具有SPI、SCI、ADC等豐富的接口，因此使用TI 公司生產的32 位定點 DSP 芯片 TMS320F2812芯片是可以完全滿足電動通用飛機動力鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)的相關要求。筆者在設計的過程中相關的方面主要是包括以下的幾個方面，分別是采集模塊、數據傳輸模塊、顯示模塊。對于采集模塊來說，每個模塊式可以測量電池組的電壓、電流以及溫度值的，并在這個過程中還可以不斷的擴展采集的模塊，甚至是可以將多個采集的模塊逐漸的擴展為16個采集模塊，滿足系統(tǒng)的要求。并且在這個過程中控制均衡電路對電池組要進行電阻均衡，主控芯片將讀取到相關測量數據需要經過內部的處理，并且在處理之后還需要通過Wi-Fi 對其進行傳輸，將其發(fā)送到 LCD 進行實時顯示。針對上述情況，筆者在系統(tǒng)設計的時候，主要是包括監(jiān)控單元和顯示單元這連個部分，對于監(jiān)控單元來說其主要是采集電池的狀態(tài)信息，并且將其采集到的信息通過Wi-Fi發(fā)送模塊發(fā)送出去，而對于顯示單元來說，其主要是將Wi-Fi 接收模塊接受到的相關數據及時的顯示出來。

2.2 單體電壓與溫度采集電路分析。

筆者在設計電動通用飛機動力鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)的時候，對單體電壓和溫度采集電路分析設計的時候，主要是使用LTC6802-2 ，其是一個完整的電池測量，主要是包括一個 12 位ADC、一個精確的電壓基準、一高壓輸入多路復用器和一個串行接口。我們使用LTC6802-2 對電池進行測量的時候，其測量是可以12個串聯連接的獨立電池單元一起進行測量。并且由于LTC6802-2 具有專有設計的能使多個 LTC6802-2 能串聯的疊置，因此這個過程中我們是不需要使用光耦合器或者是隔離器，就可以對長串串聯連接電池中的每一節(jié)電池進行精確的電壓監(jiān)視。

2.3 電池組總電壓、電流采集電路分析。

筆者在設計的過程中，TMS320F2812 共有 16 個 12 位 A/D 輸入通道，因此我們進行單獨配置的時候是可以將其設置為兩個獨立的8通道，對于總電壓來說不需要使用精度十分高的，但是在使用的過程中出現的誤差也不能太大。由于筆者所使用的TMS320F2812 的 ADC 模塊輸入電壓為0～3 V，因此在這個過程中就需要配置一個電阻來進行分壓，這樣就使得采樣的通道不斷的減少，并且在這個過程中采樣的頻率也是比較高的。對于電動通用飛機動力鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)的安全性來說，電流的采樣精度對其有著重要的影響，正是由于這樣的因素，筆者設計的時候主要是使用霍爾型電流傳感器，由于其采樣的精度是比較高的，因此可以滿足系統(tǒng)的相關要求。除此之外，對電源進行管理的系統(tǒng)中，由于電壓和電流的檢測容器是很容易收到電磁干擾的，而且模擬電路的抗干擾性是比較差的，因此這就需要我們在設計的過程中加入濾波器，將一些高頻的信號變化濾除，筆者在實際的過程中主要是使用 LM358 作為A/D 濾波調理電路。

2.4 SPI 總線電路分析。

由于在電動通用飛機動力鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)設計的過程中，每個監(jiān)控模塊的飛機動力鋰電池的電位是不相同的，因此這就需要我們使用隔離器在數據傳輸線上進行電氣隔離，LTC6802-2 串口通信頻率為 1MHz，筆者在設計的過程中主要是使用 ADUM1411作為隔離器，由于它的頻率范圍主要是在1～10 MHz之間，因此可以滿足電動通用飛機動力鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)設計的要求。

3 軟件設計分析。

筆者對電動通用飛機動力鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)進行設計的時候，除了進行硬件的設計外，還進行了軟件設計，在軟件設計的過程中主要是在主控芯片與 LTC6802-2 之間進行了 SPI 通信，這是軟件設計過程中作為關鍵和重要一個步驟，這主要是由于只有這樣才能夠對通信的可靠性進行較好的保障。并且對于主控芯片來說，這樣才能夠控制 LTC6802-2 進行電芯電壓、溫度采集以及控制均衡電路的開啟和關閉。并且由于在使用的過程中，LTC6802-2 是支持可尋址，因此在使用的過程中就大大簡化了對其操作的相關代碼，僅僅是需要通過 SPI 總線發(fā)送的數據包中加入目標地址就可以了。之后對需要對各個采集的單元發(fā)送相關采集的命令，并需要執(zhí)行相關采集的任務，并且在完成采集任務之后需要LTC6802-2 將各個數據發(fā)送到主控芯片，這樣經過其處理之后的數據就可以直接在LCD 進行實時循環(huán)顯示了。

參考文獻

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