钜大LARGE | 点击量：319次 | 2023年10月08日
锂离子动力锂电池组监控系统的设计和实现
锂离子动力锂电池组监控系统的设计与实现
1.介绍
蓄电池是一种通过放电来输出电能，通过充电来吸收和回收电能的电源。由锂离子动力锂电池组成的低压电源是水下机器人系统的关键设备。锂离子电池保养不当会直接影响锂离子电池的使用效率和寿命，甚至直接损坏锂离子电池，进而影响水下机器人的整体功能，在严重情况下也会导致机器人的安全事故。通过对锂离子动力锂电池组参数的在线测量，可以及时了解锂离子电池的运行状态、运行特性和维护要求。因此，研究开发锂离子动力锂电池在线监测系统势在必行。
为了结束对锂离子动力锂电池参数的监测，需求规划参数采集模块是首选。采集锂离子动力锂电池的电压、电流、温度等参数，上传到带有A/D转换模块的MCU中，对这些数据进行记录和刷新。
2.锂离子动力锂电池组监控系统概述
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
本系统选取lax数据采集和收敛数据处理，分别规划电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路，然后将数据传输到单片机进行收敛处理。体系结构图如图2-1所示。
本系统监控策略为国家863项目水下机器人系统锂离子动力锂电池组，采用深圳乐天科技生产的ts-lfp160aha型锂离子动力锂电池。电池组由8节电池组成。监测各单体电池的端电压，进行过压和欠压的鉴别。要多点温度测量来监视每个电池的温度和电池组地址环境的温度和湿度。8节单体电池串联，只要测量串联电流即可判断过流。
本文选用TMS320LF2407A芯片。使用该芯片作为电池监控系统的CPU也体现在以下几个方面:
1.节能，节能已成为现代电子设备规划中的一个热点问题。当装置采用二次电池供电时，节能问题变得更加突出和重要。本方法使用的DSP采用3.3v电源供电，减少了控制器的损耗。芯片功耗处理包含低功耗模式，可以独立于外围设备进入低功耗模式。
2.16通道输入A/D转换器。这关于多路复用的子电路是有意义的。它可以将采集电路的输出直接连接到DSP的A/D转换通道上。而不是在DSP外部设置A/D转换电路。
3.40输入/输出插脚，可单独编程或重复使用。可用于安全开关等外围电路控制。
4.串行通信接口(SCI)和16位串行外围接口模块(SPI)可以连接到监控系统的flash部分。
3.系统硬件规划
系统的硬件规划重要包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路。采集电路以TMS320LF2407A为CPU。TMS320LF2407A是TI公司专门为实时控制而设计的高功能定点16位DSP设备，指令周期为33ns。集成了前端采样A/D转换器和后端PWM输出硬件，简化了硬件电路规划，满足了系统的实时性要求。
3.1电压采集电路规划本方法以锂离子动力锂电池为处理策略。电池组由8块3.6v锂离子电池组成。每个电池的额定电压为3.6v，终端电压为4.25v。电压采集精度要求在1.5%以内。电池处理系统要求的最小采样频率为20ms。
该系统采用线性光耦合器作为信号传输采样装置，对数据采集系统进行数据采集和阻塞，从而阻塞前端各电池的电压。电池的大电压必须按比例缩小，以反映电池的电压值的变化忠实于DSP。这之后要通过多路转换进入微处理器进行核算。
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