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摘要：为提高电池的使用寿命，设计了一种基于DSPIC30F6010A单片机的电池管理系统。介绍了该系统的原理，硬件组成和软件的设计。该系统能够有效的对电池的各项参数进行监控并管理，提高电池的使用寿命，操作方便，具有广泛的使用价值。
关键词：电池管理；单片机；DSPIC30F6010A；
1 引言
随着科技的发展，锂电池在电动汽车等得到了广泛的应用，但是由于锂电池在批量生产时存在微弱的差异性，且随着使用环境及老化等因素的影响，这种差异性将会越来越明显，再加上电池的过度充电及放电等操作，很容易造成电池的使用效率降低，寿命变短。
为了有效地对电池电量进行管理，本文提出了一种基于DSPIC30F6010A单片机的电池管理系统，可实现的对电池工作过程中的各项参数进行监控和管理，提高电池的使用效率。
2 电池管理系统功能需求
与电池工作状态有关的参数有：电池电量、电压、充放电电流以及工作环境温度。其中电池的电量可根据电池电压计算，因此要实现对电池的管理，电池管理系统应具有如下功能：
a)能监控单个电池电压；b)能控制电池充放电；
c)能监控电池充放电电流；
d)能监控电池工作环境温度；
e)当电池充电完成后能均衡各个电池电压值，使电池电压值基本相等，延长电池使用寿命。
除此之外，为了能直观的观察各个电池的状态和与外界进行通讯，电池管理系统还需具备显示以及通讯功能。
3 系统组成及工作原理
该系统主要由主控器、供电电路、电池管理模块、温度采集模块、电流采集模块、CAN通讯模块、充放电控制模块以及液晶显示模块组成。
原理框图如图1所示，主控器通过温度采集模块、电流采集模块及电压管理模块分别采集电池组的温度、电流、电压信号，进行分析及计算后通过电池管理模块进行电池电压的充放电及电压均衡操作，并把相应数据显示在液晶屏上，上位机可通过系统的CAN通讯模块接收电池的工作状态，控制电池管理系统进行相应的操作。
4 系统的硬件设计
系统中主控器选用MicroChip公司生产的16位单片机DSPIC30F6010A，该单片机具有宽范围的工作电压（2.5V-0.5V），抗干扰能力强，运行速度快，最高可达30MIPS，内部集成了CAN、UART、SPI、PWM电机控制模块等，在保证产品运行速度的前提下能有效的减少外围器件的数量，提高系统开发速度。
4.1供电电路
系统采用24V直流电源进行供电，为提高系统的抗干扰性，将控制电路与外部接口的供电进行隔离。如图2所示。采用VRB2412LD-15W隔离电源转换模块将24V电压转换为12V电压为液晶屏供电，然后将12V电压转换为5V后对控制电路及外部接口分别进行供电。
4.3温度采集模块
过高或过低的环境温度都会降低电池的使用寿命，所以需要对电池的温度进行监测。
系统采用温度传感器DS18B20芯片监测电池温度，DS18B20温度传感器能够检测-55℃～+125℃的温度，精度可达到12位，采用单总线协议，只使用一根总线即可进行通信，不需其他外围器件，并且多个DS18B20可并联在一起使用，使用很少的单片机IO口即可控制多个温度传感器，大大减少了单片机端口的使用数量。能够满足系统要求。系统具有四路温度传感器采集接口，每一路接口上可挂载12个温度传感器，为提高产品的抗干扰性能，在传感器与单片机之间采用ADUM1250数字隔离芯片进行隔离，图4为两路温度传感器接口电路。
4.5电池管理模块
电池管理模块为该系统的核心，采用两片LTC6803来实现。LTC6803是LINER公司生产的专业电池管理芯片，每一片LTC6803可完成12个串联电池的电压检测、过欠压监控及电池放电操作。系统采用两片LTC6803串联使用，可实现24个电池的电压管理。图6为LTC6803及放电电路原理图，为提高系统抗干扰性，在LTC6803与单片机之间采用数字隔离芯片ADUM1411进行隔离。单片机通过SPI接口控制两片LTC6803可对24个电池进行电压检测、电池放电等操作。
4.7液晶显示模块
为了方便对电池的各项参数进行观察，系统配置了5寸液晶显示屏，能够实时的显示电池的各项参数。液晶显示屏采用RS232接口进行通讯，图8为液晶显示接口电路。
5 系统的软件设计
系统的软件流程图如图9所示。当程序运行时，首先完成各个功能模块的初始化，然后上位机通过CAN总线将配置文件发送到单片机，单片机完成各项参数的配置，配置文件内容包括：所管理的电池数量、单体电池电压上下限、总电压上下限、温度上下限、均衡起始终止电压、电池充放电电流上下限等参数。当配置文件载入后，单片机即可进行电池参数的采集及管理。
由于电池的电压、电流、温度信号的采样速率不同，因此为了同时进行电压、电流及温度信号的采集，提高单片机的使用效率，采用三个定时器中断来进行控制，将定时器设置不同的定时时间，能够保证各项参数的同时采集。
当单片机采集到电池的各项参数后，进行电池电压、温度及电流的处理，计算出电池当前的电量、判断电池温度及电流是否正常。然后将电池的各项参数通过CAN总线发送到上位机，同时在液晶屏上进行显示。最后进行电池的充放电管理及均衡操作。
5结论
基于DSPIC30F6010A的电池管理系统，硬件电路设计简洁、模块化强，可灵活设置各项参数，能够对电池的电压、电流、温度进行实时检测，并自动完成电池的充放电及均衡管理等操作，有效地延长电池的使用寿命，具有广泛的应用前景。
参考文献
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[4]传感器与检测技术. 徐科军, 2004, 电子工业出版社.
论文作者:周振,孔令涛,杨秀涛
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/29
标签：电池论文; 电压论文; 单片机论文; 系统论文; 电流论文; 管理系统论文; 温度论文; 《基层建设》2017年第14期论文;