锂电池管理系统的研究与实现 ― 锂电池管理系统的硬件实现

用能量转换进行单体均衡是采用电感线圈或变压器来将能量从一节或一组电池转移到另一节或一组电池。两种积极的能量转换方法是开关变压器方法和共享变压器方法。

开关变压器方法共享一个与前面快速电容器相同的开关。拓扑如图3-10.整个电池组的电流I流入变压器T，变压器的输出经过二极管D校正后流入单体Bn.这由开关S的设置来决定，此外还需要一个电子控制器件来选择目标电池和设置开关S.

这种方法的均衡速度较快，但要消耗整个电池组的能量。此外还有缺点包括设计复杂，元件众多，有控制器、电磁感应线圈和开关等，由于存在开关损耗和电磁损耗使得效率低下。

共享变压器法只有一根磁芯，次级有线圈分别接在每一节单体。如图3-11，电池组的电流I流入变压器的初级，每一个次级分别产生感应电流。单体电池的电压越低，它的电抗就越小，因而感应电流越大。用这种方法，每一节单体获得的均衡电流与其SOC成反比。

在共享变压器中，唯一的活动元件就是次级的转换晶体管。不需要闭合线圈，共享变压器方法能快速而且低损耗的对电池组进行均衡。它的缺点也是复杂、元件众多，因为每一个次级都需要整流器件。

3.5.2本电池管理系统所采用均衡方案

本电池管理系统所采用的均衡方案根据上述方法中开关变压器均衡法的原理，直接采用DC/DC开关电源，在充放电过程中根据检测到的各单体电池的电压值，判断出需要均衡充电的单节电池，用电池组的电量对该节电池进行额外的均衡充电，原理图如下：

DC/DC开关电源选用了新星DOM-24D15S5，输入电压18——36V，输出电压在4.6——5.5V可调，输出电流为3A，实物图如下：

3.6液晶显示的实现

本电池管理系统选用DM12864M汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16*16点阵)、128个字符(8*16点阵)及64*256点阵显示RAM.主要技术参数和显示特性：

电源：VDD 3.3V—5V(内置升压电路，无需负压);

显示内容：128列*64行;LCD类型：STN;

与MCU接口：8位或4位并行/3位串行;

多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等。

本系统使用串行接口，电路原理图如图3-14所示。通过液晶模块可显示电池组总电压，各单节电池电压，充放电电流，充放电时间，工作温度，剩余电量。

3.7串口通信的实现

锂电池管理系统在锂电池充放电过程中把充放电信息，包括各节电池的电压，充放电电流，工作温度，电池电量等经过采样实时的写入Flash存储芯片SST25VF020中保存，在锂电池充放电完毕后，可通过串口与上位PC机通信，在上位机检查锂电池的充放电过程，并可在上位机保存该次锂电池的使用信息备以后参阅。

SST25VF020是SST25VF系列Flash存储芯片。其芯片具有以下特点：总容量为2M;单电源读和写操作，工作电压为2.7——3.3V;低功耗，工作电流为7mA，等待电流为3uA;时钟频率高达33MHz，快速编程，快速擦除，快速读取;数据保存100年;CMOS I/O兼容等。其封装为SOIC和小尺寸的WSON封装。MCU对需要的数据进行采样后，将采集到的数据通过SPI串行通信存储到FLASH中。当系统通过异步串口和PC机相连时，通过SPI串行通信将储存到FLASH中的数据读到PC机中，从而对采集的数据进行分析、处理。将采集到的数据保存后，即可擦除FLASH，为下一次采集做准备。存储电路如图3-15所示：

该系统串行接口UART需要和PC的串行接口RS232之间进行双向通信，但是PC机的RS232接口电平采用负逻辑，即逻辑1：-3—-15 V，逻辑0：+ 3—+15V.而单片机使用的TTL电平中，高电平(3.5——5V)为逻辑1，低电平(0——0.8V)为逻辑0.单片机要外接电平转换电路芯片把TTL高电平表示的1转换成RS232的负电压信号，把低电平表示的0转换成RS232的正电压信号。是要解决电平转换问题，本系统采用MAXIM公司的MAX232C电平转换芯片来实现，该芯片集成度高，+5V电源供电(内置了电压倍增电路及负电源电路)，只需外接几个电容即可完成从TTL电平到RS232电平的转换。硬件连接电路如图3-16所示：