鋰離子電池組監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn) — 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

目前，鋰離子蓄電池組作為一種新能源，與傳統(tǒng)的以鎳隔，鎳氫電池為儲(chǔ)能核心的電源系統(tǒng)相比，存在以下問(wèn)題：

⑴串聯(lián)電池組由于各單體之間容量的差異引起的充電放電過(guò)程的不均衡。

⑵由于過(guò)充電，過(guò)放電，過(guò)電流或高溫而引起的電池失效問(wèn)題。

針對(duì)以上兩個(gè)問(wèn)題，提出以下設(shè)計(jì)目標(biāo)：

⑴對(duì)鋰離子電池組，實(shí)現(xiàn)充放電時(shí)電池之間的均衡，做到各單體電池之間電壓與其平均電壓的差不超過(guò)0.2V，實(shí)現(xiàn)充放電時(shí)對(duì)電池的保護(hù)。

⑵設(shè)計(jì)充放電控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池組過(guò)充、過(guò)放以及短路保護(hù)。

3.1系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)目標(biāo)，系統(tǒng)總體方案框圖如圖3.1所示。本系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F233為控制核心，包括電壓、電流和溫度采樣電路、鋰電池組的過(guò)充、過(guò)放、短路保護(hù)電路和均衡電路、串口通信電路以及相關(guān)外圍電路等。

 

 

鋰電池組在充放電的過(guò)程中，系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)電路實(shí)時(shí)地對(duì)電壓、溫度、電流等參數(shù)進(jìn)行采集，同時(shí)采樣到的信號(hào)送入AD轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入處理器，處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果后，將轉(zhuǎn)換結(jié)果與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的參數(shù)值進(jìn)行比較，判斷是否出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)放或短路現(xiàn)象，以決定是否啟動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)措施。同時(shí)，根據(jù)需要，單片機(jī)可實(shí)時(shí)上傳采集到的電壓、電流、溫度等參數(shù)給上位機(jī)，由上

位機(jī)處理后進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。另外，上位機(jī)系統(tǒng)還可通過(guò)串口給單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)置相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)和數(shù)據(jù)校正參數(shù)。

3.2單片機(jī)系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路如圖3.2所示，主要有電源電路、復(fù)位電路、外部振蕩電路、均衡控制信號(hào)輸出、充放電控制信號(hào)輸出、短路保護(hù)中斷輸入、電壓檢測(cè)輸入、電流檢測(cè)輸入、溫度檢測(cè)輸入、多路模擬開(kāi)關(guān)控制信號(hào)輸出、指示和報(bào)警信號(hào)輸出等。

 

 

3.2.1 MCU的選擇

MCU是整個(gè)保護(hù)器系統(tǒng)的核心，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，MCU的選擇必須具有強(qiáng)大的功能：低功耗、內(nèi)部集成多路A/D轉(zhuǎn)換器、支持SPI通信以及具有E 2 PROM等功能。TI公司的MSP430單片機(jī)以低功耗著稱，其中MSP430F233芯片具有工作電壓低、功耗低的特點(diǎn)，工作電壓在1.8V～3.6V范圍內(nèi)，當(dāng)該芯片以2.2V的電壓正常工作時(shí)，其工作電流可以低到270uA，待機(jī)狀態(tài)電流低至0.3uA，關(guān)斷模式電流低至0.1uA.該芯片內(nèi)部還包含了8路12位AD轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)同時(shí)采集。除此之外，該芯片還包含一些外圍接口，如UART串行口和SPI、IIC接口;JTAG下載調(diào)試接口等。其基準(zhǔn)時(shí)鐘可設(shè)在32KHz~16MHz的范圍;2個(gè)16位的具有捕獲/比較功能的定時(shí)器。MSP430F233的功能方框圖如圖3.3所示。

MSP430x2xx系列的主要特性如下：

⑴超低功耗延長(zhǎng)了電池的使用壽命

⑵保持RAM0.1uA

⑶實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式0.8uA

⑷MIPS運(yùn)行250uA

⑸理想精確的模擬信號(hào)測(cè)量

⑹門控比較定時(shí)器測(cè)量電阻類元件

⑺16位的精簡(jiǎn)指令集的CPU全新應(yīng)用

⑻更大的寄存器空間消除了運(yùn)行空間的瓶頸

⑼緊湊的核結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少了功耗、降低了成本

⑽使用高水平的編程更優(yōu)化

⑾27條核心指令和7種尋址方式

⑿強(qiáng)大的矢量中斷能力

 

 

3.2.2系統(tǒng)電源電路

系統(tǒng)需要從鋰電池組中取電。對(duì)于小型的電池組，可以從電池組中間取電。

但是對(duì)于大中型電池組，如果從中間取電的話，勢(shì)必會(huì)由于各單體電池的差異導(dǎo)致整個(gè)電池組的不均衡，使電池組的放電能力下降。因此，我們使用鋰電池組對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電時(shí)，一般情況下盡量不從電池組中間取電，需要對(duì)電池組最大電壓進(jìn)行變換，使其變成適合系統(tǒng)工作的電源電壓。

本系統(tǒng)的工作電壓有兩種：5V和3.6V.其中5V的電源需要從鋰電池組的最大電壓變換得到，本系統(tǒng)所監(jiān)控管理的電池組最大數(shù)量為16節(jié)，鋰電池的最高電壓為4.2V，因此該電池組的最大電壓可以達(dá)到67.2V，當(dāng)電池組中電池?cái)?shù)目較少時(shí)，電池組最大電壓則可能降到10V左右。因此，我們需要選用電壓工作范圍在10V~67.2V之間的降壓芯片。而MAX5033B作為一種高效、高壓、降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，其電壓工作范圍可達(dá)7.5V~76V，另外，我們可以通過(guò)設(shè)定使其輸出固定在5V，滿足了系統(tǒng)的要求。因此，我們選用MAX5033B作為降壓DC-DC電路的主芯片。

MAX5033B除了電壓工作范圍滿足要求外，還具有功耗低、工作效率高和工作溫度范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。其空載時(shí)僅消耗350uA的靜態(tài)電流，轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)94%，，輸出電流可到500mA，工作溫度范圍-40℃~125℃，非常適合本系統(tǒng)。該芯片共有8個(gè)引腳，其芯片圖如圖3.4所示。

 

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系統(tǒng)的3.6V電源則由變換的5V電源轉(zhuǎn)換得到。該DC-DC電路可以由HT7536芯片實(shí)現(xiàn)。該芯片是一個(gè)三端高效電源管理芯片。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗小、溫度系數(shù)小、壓差低等優(yōu)點(diǎn)。該電路如圖3.6所示。

3.2.3復(fù)位電路

本系統(tǒng)中采用STC809R作為復(fù)位芯片，該芯片是專用復(fù)位芯片，具有很多優(yōu)點(diǎn)：在上電時(shí)，當(dāng)時(shí)鐘振蕩穩(wěn)定而且電壓值大于用戶設(shè)定值，單片機(jī)才開(kāi)始工作;掉電時(shí)，當(dāng)電壓值低于用戶設(shè)定值，單片機(jī)才能復(fù)位;電池電壓下降到一定值，單片機(jī)始終處于復(fù)位狀態(tài)，且此時(shí)處于超低功耗，避免電池出現(xiàn)過(guò)放;具有掉電檢測(cè)電路，在掉電過(guò)程中有充分的時(shí)間保存數(shù)據(jù)。

 

 

3.2.4外部電路本系統(tǒng)采用上位機(jī)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)中均衡、保護(hù)以及報(bào)警等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這些參數(shù)需要通過(guò)上位機(jī)設(shè)置并保存到硬件電路中，因此需要擴(kuò)展1KB的EEPROM存儲(chǔ)器，如圖3.8所示。

 

 

MSP430單片機(jī)支持JTAG接口的在線下載和調(diào)試，因此在電路上預(yù)留了JTAG接口電路，給調(diào)試和使用都帶來(lái)了極大的方便。電路如圖3.9所示。

 

 

我們采用中斷方式來(lái)滿足系統(tǒng)應(yīng)用中有狀態(tài)和電量顯示的需求。系統(tǒng)中設(shè)定了相應(yīng)的功能按鍵，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，產(chǎn)生中斷，根據(jù)按鍵去查看電池的剩余電路和相應(yīng)狀態(tài)，在沒(méi)有按鍵按下時(shí)，我們不對(duì)其進(jìn)行顯示。這樣可以減少系統(tǒng)的能量損耗。

統(tǒng)有充放電狀態(tài)和電量狀態(tài)的LED指示電路，備用的指示電路，以及LED報(bào)警和蜂鳴器報(bào)警電路，分別如圖3.10、圖3.11、圖3.12和圖3.13所示。

 

 

3.3信號(hào)采集電路

3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換MSP430F233有一個(gè)12位的逐次逼近型ADC，具有8路模擬量輸入通道，

使系統(tǒng)可以同時(shí)對(duì)電壓、電流以及溫度信號(hào)進(jìn)行采集，而不需要再擴(kuò)展A/D芯片。

該AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)部包含有采樣保持電路，另外，其內(nèi)部自帶參考電壓。

AD轉(zhuǎn)換器是通過(guò)其AVCC引腳供電。片內(nèi)自帶2.56V的基準(zhǔn)電壓VREF+，當(dāng)進(jìn)行電壓、電流和溫度等信號(hào)采集時(shí)，可以在VREF+引腳上加上電容進(jìn)行解耦，這樣可以對(duì)噪聲更好的抑制。其A/D轉(zhuǎn)換連接電路如圖3.14.

 

 

3.3.2電壓采集電路

對(duì)電壓的精確采集是系統(tǒng)能否正常運(yùn)行中非常關(guān)鍵的一步。因?yàn)?，后續(xù)的保護(hù)電路需要依據(jù)電池組總電壓和單體電壓值的大小進(jìn)行判斷，所以，我們需要選用合適的測(cè)量方法完成對(duì)電壓的精確測(cè)量。

目前的電壓采集電路用的比較多的方法有以下幾種：

電阻分壓法、隔離放大器、線性光電隔離、高共模放大器。

本設(shè)計(jì)主要針對(duì)小功率的鋰離子電池管理系統(tǒng)，系統(tǒng)中電池組的數(shù)量最多不超過(guò)16個(gè)，當(dāng)電池組滿充時(shí)，其端電壓為67.2V，充電電壓控制范圍為67.2±0.8V.另外，由于系統(tǒng)需要根據(jù)單體電池電壓值進(jìn)行保護(hù)判斷，需要測(cè)量單體電池電壓。

因此，我們選擇了電阻分壓的方式來(lái)進(jìn)行電壓采集。

本電路主要由以下幾個(gè)部分組成：電池電壓輸入接口電路、高8路電壓取樣網(wǎng)絡(luò)、低8路電壓取樣網(wǎng)絡(luò)、高8路信號(hào)多路選通電路、低8路信號(hào)多路選通電路、放大電路。

如圖3.15所示為電池電壓輸入接口電路。

 

 

取樣電阻網(wǎng)絡(luò)分為高8節(jié)取樣電路和低8節(jié)取樣電路。這樣取樣的原因是由于受系統(tǒng)成本所限，系統(tǒng)的放電電路沒(méi)有采用高精度、低漂移的集成運(yùn)放LM324，而是采用了價(jià)格比較低的LMV324.雖然LMV324能夠與LM324相兼容，但是LMV324的缺點(diǎn)是精度較低，而且，當(dāng)?shù)投穗妷悍糯髸r(shí)，其漂移和線性度不能滿足需求。因此我們需要把取樣電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成高8節(jié)和低8節(jié)兩種不同的接法。

這兩種電壓取樣網(wǎng)絡(luò)分別如圖3.16和圖3.17所示。

 

 

由上圖可知，高8節(jié)電壓取樣網(wǎng)絡(luò)中，其各極電壓都是通過(guò)兩個(gè)電阻對(duì)地進(jìn)行分壓，取樣得到的電壓值都可以保持在1V以上，從而保證進(jìn)入運(yùn)放LMV324后均可在線性區(qū)工作，能夠滿足要求。

 

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上圖為低8節(jié)電壓取樣電阻網(wǎng)絡(luò)，在該電路中，各極電壓都是通過(guò)兩個(gè)電阻對(duì)1V的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓取樣。如果采用和高8節(jié)一樣的方法直接對(duì)地分壓的話，會(huì)使差分信號(hào)中的共模信號(hào)過(guò)弱，不能滿足運(yùn)放LMV324的工作要求，使其不能工作在線性區(qū)，因此需要采用各極電壓均對(duì)固定的1V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓的方式取樣，從而也保證所有電壓值均在1V以上的線性區(qū)。1V基準(zhǔn)電壓的產(chǎn)生電路如圖3.18所示。

 

 

其中的VRER2.5是由單片機(jī)內(nèi)部的AD采樣參考電壓輸出的2.5V標(biāo)準(zhǔn)電壓，該電壓經(jīng)電阻分壓和跟隨器電路輸出后得到穩(wěn)定的1V基準(zhǔn)電壓，該電壓在小范圍內(nèi)的波動(dòng)不會(huì)對(duì)放電電路的輸出形成明顯的影響。

經(jīng)過(guò)電壓采樣電阻網(wǎng)絡(luò)取樣后，我們需要把16路電壓信號(hào)分時(shí)的送入單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換器中。在這里選用四片多路開(kāi)關(guān)芯片CD4052來(lái)構(gòu)成高8路和低8路的多路開(kāi)關(guān)電路。電路如圖3.19和圖3.20所示。

 

 

最后，將多路開(kāi)關(guān)選通電路中的X路和Y路輸出一起接入放大電路中，其中X路輸出接VNIN，Y路輸出接VPIN，VPIN為同相輸入端，VNIN為反相輸入端。將每節(jié)電池的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極對(duì)地信號(hào)VADIN，然后送入單片機(jī)的AD通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電壓放大電路如圖3.21所示。

 

 

3.3.3電流采集電路

電流采集對(duì)于判斷是否需要短路保護(hù)是非常重要的一個(gè)參數(shù)。因此，我們需要實(shí)現(xiàn)對(duì)電流精確測(cè)量。

在這里，我們選用MAX4081作為檢測(cè)芯片。該芯片輸入電壓范圍4.5V至76V，非常適合于需要嚴(yán)密監(jiān)視高壓電流的系統(tǒng)[41]，因此可以直接用電池組的最高電壓作為其供電電源。另外，芯片的參考電壓由系統(tǒng)提供，參考電壓值為1.5V.該芯片的引腳OUT輸出電壓與參考電壓、RS-和RS+三個(gè)引腳的電壓狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)RS-端電壓高于RS+端電壓，OUT引腳輸出電壓低于參考電壓;當(dāng)RS-端電壓低于RS+端電壓，OUT引腳輸出電壓高于參考電壓。

本電路的設(shè)計(jì)思路是首先在電池正極和保護(hù)器電路板之間串接一個(gè)分流器，RS-和RS+引腳分別接分流器兩端電壓。當(dāng)回路沒(méi)有電流時(shí)，OUT引腳輸出電壓為參考電壓;電池放電時(shí)，OUT引腳輸出電壓低于參考電壓，最低可輸出0V;對(duì)電池充電時(shí)，OUT引腳輸出電壓高于參考電壓。檢測(cè)電路如圖3.22所示。

 

 

3.3.4溫度采集電路溫度檢測(cè)確保了安全充電步驟的執(zhí)行。由于本系統(tǒng)對(duì)溫度信號(hào)的精度要求不高，因此系統(tǒng)采用100K的熱敏電阻和1%精度的電阻分壓進(jìn)行溫度檢測(cè)，共設(shè)計(jì)了四路溫度采集電路，每路的電壓信號(hào)直接進(jìn)入單片機(jī)的AD通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。溫度采集電路如圖3.23所示。

 

 

3.4均衡及保護(hù)電路設(shè)計(jì)

3.4.1保護(hù)電路設(shè)計(jì)

在第一章里我們就已經(jīng)介紹過(guò)了，鋰離子電池在使用過(guò)程中，如果出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放或者短路的情況，會(huì)對(duì)鋰離子電池的容量和壽命產(chǎn)生很嚴(yán)重的影響，甚至?xí)a(chǎn)生安全問(wèn)題。因此，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)是電池組監(jiān)控管理系統(tǒng)中最重要的一環(huán)。

電池組監(jiān)控管理系統(tǒng)在使用中主要依據(jù)單體電池的電壓、電流值和電池組的溫度值進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果看是否啟動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)。其保護(hù)電路應(yīng)當(dāng)具備以下幾個(gè)功能：

⑴過(guò)充保護(hù)：鋰電池在充電過(guò)程中如果充電電壓超過(guò)4.2V，會(huì)對(duì)電池造成損害。

⑵過(guò)放保護(hù)：鋰電池在放電過(guò)程中如果充電電壓低于2.7V，會(huì)對(duì)電池造成損害。

⑶短路保護(hù)：用來(lái)保證電池在移動(dòng)時(shí)的安全以及電池組的正常工作。

⑷過(guò)溫保護(hù)：由于本系統(tǒng)采用能量消耗型均衡法，因此系統(tǒng)電路板和電池組溫度會(huì)較高，需要過(guò)溫保護(hù)。

鋰電池組保護(hù)電路主要由短路保護(hù)信號(hào)檢測(cè)電路、中斷控制信號(hào)判斷電路、充放電驅(qū)動(dòng)控制電路等組成。

⒈短路保護(hù)電路

電池組在移動(dòng)和放電時(shí)，需要進(jìn)行短路保護(hù)。短路保護(hù)電路主要由負(fù)載端電壓取樣電路、比較電路和1V的基準(zhǔn)電壓電路組成，其實(shí)質(zhì)是由外部中斷通知單片機(jī)電池組需要進(jìn)行短路保護(hù)，單片機(jī)在中斷程序中啟動(dòng)短路保護(hù)，切斷主回路。

1V的基準(zhǔn)電壓電路在前面已經(jīng)作了介紹。在這里，首先介紹一下負(fù)載端電壓取樣電路。電池在放電時(shí)，放電電流在經(jīng)過(guò)串聯(lián)的MOSFET管時(shí)，由于MOSFET管的導(dǎo)通阻抗，會(huì)在其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓，這時(shí)負(fù)載的負(fù)端P-應(yīng)該電壓很低。當(dāng)電池組或負(fù)載出現(xiàn)異常使回路電流增大到一定值時(shí)，P-端的電壓將會(huì)迅速上升，因此二極管D4將會(huì)導(dǎo)通，通過(guò)電阻分壓得到一定電壓，該電壓信號(hào)與1V的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到一個(gè)脈沖信號(hào)作為單片機(jī)的外部中斷信號(hào)。短路保護(hù)電路如圖3.24所示。

 

 

⒉過(guò)充/過(guò)放電保護(hù)控制電路

除了短路保護(hù)外，電池組監(jiān)控管理系統(tǒng)中還需有過(guò)充、過(guò)放保護(hù)電路。鋰電池組的充電方式選用的是恒流轉(zhuǎn)恒壓的方式，當(dāng)電池出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放現(xiàn)象時(shí)可以及時(shí)的切斷充放電回路。

過(guò)充保護(hù)控制的基本思路是：當(dāng)通過(guò)電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到電池電壓達(dá)到4.25V±0.05V時(shí)，MCU的控制信號(hào)CHARGE輸出低電平使三極管Q18截止，使充電回路關(guān)斷，起到過(guò)充電保護(hù)作用;相反，當(dāng)電池電壓低于4.0V時(shí)，控制信號(hào)CHARGE輸出高電平使三極管Q18導(dǎo)通，使充電回路導(dǎo)通。其保護(hù)電路圖如圖3.25所示，其中P+為充電時(shí)充電機(jī)輸出的正極。

過(guò)放保護(hù)控制的基本思路是：在電池放電過(guò)程中，當(dāng)通過(guò)電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到電池電壓達(dá)到2.7V±0.08V時(shí)，MCU的控制信號(hào)DISCHG輸出低電平使三極管Q17截止，使放電回路關(guān)斷，起到過(guò)放電保護(hù)作用;相反，當(dāng)電池電壓高于2.9V時(shí)，控制信號(hào)CHARGE輸出高電平使三極管Q17導(dǎo)通，使放電回路導(dǎo)通。其保護(hù)電路圖如圖3.25所示，其中B+為放電時(shí)電池組輸出的正極。但是需要注意的是，在前面介紹了系統(tǒng)電源是從電池組最大電壓轉(zhuǎn)換而來(lái)的。當(dāng)電池處于過(guò)放情況下，不可能再對(duì)系統(tǒng)提供大電流。因此要求過(guò)放保護(hù)電路處于低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路耗電會(huì)小于0.1uA.

 

 

3.4.2均衡電路設(shè)計(jì)

在前面我們已經(jīng)介紹過(guò)了，鋰離子電池在串聯(lián)使用時(shí)，對(duì)鋰電池組進(jìn)行充電中，單體鋰離子電池之間會(huì)出現(xiàn)不均衡的問(wèn)題，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)導(dǎo)致電池組中各單體電池容量的不一致，這樣勢(shì)必會(huì)影響鋰離子電池的使用壽命。為了保證電池組中各單體電池的一致性，我們需要設(shè)計(jì)均衡保護(hù)電路。

本系統(tǒng)采用的是能量損耗型均衡方法。判斷方法是當(dāng)電池組中某節(jié)電池單體電壓超過(guò)電池組平均電壓值0.2V時(shí)，我們認(rèn)為電池組處于不均衡狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)均衡保護(hù)，打開(kāi)旁路開(kāi)關(guān)，通過(guò)分流電阻釋放能量。

均衡電路是保證串聯(lián)各電池電壓一致性的根本，從而也關(guān)系到電池使用壽命的長(zhǎng)短。在充電狀態(tài)下，若檢測(cè)到某節(jié)電壓高于電池組平均單節(jié)電壓時(shí)，由單片機(jī)I/O口輸出高電平，從而使驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，相應(yīng)節(jié)電池正極的電壓將對(duì)地形成回路，并在兩只電阻上形成分壓，從而使得均衡電路的PMOS開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，并在功率電阻上形成分流，系統(tǒng)采用12歐姆/5瓦的功率電阻，因此均衡電流可達(dá)300mA左右，同時(shí)和功率電阻并聯(lián)的LED指示燈會(huì)被點(diǎn)亮，說(shuō)明該節(jié)電池處于被均衡的狀態(tài)。每節(jié)電池的均衡電路都是按照如圖3.26所示的電路并聯(lián)在電池正負(fù)極之間的。

 

 

3.5串行通信電路

串行通信電路用來(lái)與上位機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)上傳。芯片MAX232的電源通過(guò)跳線來(lái)確定是否供電，因此在不需要與上位機(jī)通信時(shí)，可將其電源斷開(kāi)，從而降低系統(tǒng)功耗。如圖3.27所示。

 

 

3.6小結(jié)

在本章中，我們根據(jù)系統(tǒng)要求，首先提出了對(duì)電池組進(jìn)行監(jiān)控管理的總體方案。然后根據(jù)系統(tǒng)的性能和功能要求，完成了對(duì)單片機(jī)的選型以及信號(hào)采集電路和保護(hù)電路的方案選擇。最后根據(jù)電路設(shè)計(jì)方案分別對(duì)各個(gè)電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析和闡述。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為軟件設(shè)計(jì)搭建了平臺(tái)。

該系統(tǒng)的硬件電路已經(jīng)完成了PCB板的制作。繪制硬件電路的過(guò)程是一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，我們需要充分考慮各方面的因素，例如電源與地、模擬與數(shù)字以及電路的抗干擾能力等。任何一個(gè)因素都可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響，需要不斷優(yōu)化布局布線。另外，該硬件電路除了應(yīng)當(dāng)能滿足系統(tǒng)的功能要求外，還需要有一定的擴(kuò)展能力，這些都是在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要解決的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還出現(xiàn)了單片機(jī)不能正常工作的情況，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)是由于晶振的設(shè)置不對(duì)?？傊?，在硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中， 可以學(xué)到了很多知識(shí)，將理論與實(shí)踐逐漸結(jié)合起來(lái)，為今后的硬件開(kāi)發(fā)打下了基礎(chǔ)。