锂离子动力电池组的监测系统设计

　　1 引言

　　蓄电池是一种以放电方式输出电能，以充电方式吸收、恢复电能的电源。由锂离子动力电池构成的低压电源，是水下机器人系统中的关键设备。对锂离子电池的维护管理不当将直接影响锂离子电池的使用效益和寿命，甚至直接损坏锂电池，从而影响水下机器人整体性能，严重情况下还会导致机器人的安全事故。通过在线测量锂离子动力电池组的参数，可以及时了解锂离子电池的工作状态、工作特性及锂离子电池需要维护情况，因而锂离子动力电池的在线监测系统的研制势在必行。

　　为了实现锂离子动力电池参数的监测，首选需要设计参数采集模块，将锂离子动力电池的电压、电流、温度等参数采集出来，同时上传到带有A/D 转换模块的单片机中，对这些数据进行记录和显示。

　　2 锂离子动力电池组的监测系统概述

　　本系统采用分散数据采集和集中数据处理，分别设计电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路，然后把数据都输送到单片机进行集中处理。系统结构图如图2-1 所示。

图2-1 系统结构图。

　　本系统监测的对象是国家863 项目水下机器人系统的锂离子动力电池组，用的是深圳雷天科技生产的TS-LFP160AHA 型号的锂离子动力电池，电池组由8 块单体电池组成。需要监测每块单体电池的端电压，并做出过压、欠压判断;需要多点测温度，监测每块电池的温度以及电池组所处环境的温度、湿度;由于8 块单体电池串联，所以只需要测出串联电流，并做出过流判断。

　　本文采用了TMS320LF2407A 芯片。采用此芯片作为电池监测系统的CPU 还体现在以下几个方面：

　　1.节能，节能已经成为现代电子设备设计的一个热点问题。当设备由二次电池来作为电源的时候，节能问题则变得更加突出和重要。本设计使用的DSP 由3.3V 电源供电，减小了控制器的损耗。芯片电源管理包括低功耗模式，能独立将外设器件转入低功耗模式。

　　2.16 通道输入的A/D 转换器。这一点对于多路采集子电路很有意义。可以直接将采集电路的输出接到DSP 的A/D 转换通道。而不必在DSP 外面再设A/D 转换电路。

　　3.40 个可单独编程或复用的输入输出引脚。可用于安全开关及其它外设电路的控制。

　　4.串行通信接口(SCI)和16 位串行外设接口模块(SPI)可以接监测系统的显示部分。

　　3 系统的硬件设计

　　系统的硬件设计主要包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路设计。采集电路以TMS320LF2407A 为CPU。TMS320LF2407A 是TI 公司专为实时控制而设计的高性能16 位定点DSP 器件，指令周期为33ns，其内部集成了前端采样A/D 转换器和后端PWM 输出硬件，在满足系统实时性要求的同时可简化硬件电路设计。