基于单片机的锂电池多功能工作系统(BMS)

时间:2025-01-13 22:02:44 来源:作文网 作者:管理员

【摘 要】根据电池的基本工作特点,介绍了一种用于手机等小型设备的锂电池的管理系统。工作系统包括基于单片机的主控制模块、电池电量监测系统、电压检测模块、电流监测模块、温度检测模块等。通过对电池状态的跟踪,对电池进行全面监测和控制。该设计满足了多方面的要求,增强了锂电池的功能性,提高了可靠性和可维护性。

【关键词】锂电池管理;电量监测;温度检测;电压电流检测

1、前言

现在手机等小型智能设备中的电池多选用锂电池。锂电池具有自放电率极低,放电电压平缓等优点。然而锂电ฬ池在使用中最关键的就是充放电过程。比如要对电量进行监控,已充多少电,还需多久充满,已用多少电量,还有多久待机时间。其次就是电池使用的安全问题,电池温度的监测必不可少。为此,项目组根据锂电池管理的几个必不可少的因素进行了研究和开发,旨在研究过程中优化管理系统,提高电池性能。

2、系统的硬件设计

图1 系统电路图

电压采样、电流采样和温度采样测量锂电池的电压、电流和温度,并通过ADC转换为数字信号输出给单片机, 经过内部处理后用LCD显示。同时,AT89S52通过采样到的三个信号值进行电量算法的计算和显示。另外对锂电池的电压、电流和温度实施监控。

ฟ2.1 单片机及外围电路

为了充分利用单片机的I/O端口和外设并降低设计成本,系统选用了AT89S52。该单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K 系统可编程Flash 存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,完全满足系统需要。

2.2 电压、电流检测电路

对电压的监测采用传统€的测量方法,测量电阻上的电压或者是经限流电阻直接输入到ADC转换模块。然后在ADC转换结束后,将电压的数字信号输出给AT89S52。对实时的精确的电量跟踪有较小的误差。相对于锂电池充放电的长周期,其误差可忽略不计。后面算法的选择上,如何适当的规避算法误差也是一个重要的问题。

对电流的测量,采用电流检测电阻,方法基本与电压检测相同。电流的测量范围很广,从几毫安到几十安。测量的精度要求不同,电流检测电阻也有不同的规格以满足不同的需要。电池电流测量电路,采用一个0.2m 的精密电阻把流过的电流转换成电压再经放大器放大后送入单片机ADC采样接口。

2.3温度的测定

作为储电工具的锂电池总是不可避免的会遇到发热的问题。电池的温度对电池的容量,电压,内阻,充放电效率,使用寿命,安全性等方面都有较大的影响。所以我们对于电池的温度的检测是很有必要的。也可以通过对温度的控制来判断充放电是否完全。

温度寄存器格式(从高位到低位):

MS Byte:S,S,S,S,S,26,25,24。

SSSSS=00000B 温度值,T=[(256-MSB)×256+LSB]×0.0625 ℃。

2.4 LCD显示模块

一般在单片机系统中采用液晶屏显示数据或者图像。由于系统参量个数的要求,所以要选择能同时显示4行的液晶屏。

LM041L是专点阵型液晶显示模块,可显示4行,每行16个字符。提供了丰富的指令设置:清显ฑ示;光标回原点;显示开/关;光标开/关;显示字符闪烁;光标移位;显示移位等。LM041L液晶屏以上特点完全满足系统现实要求。LM041L液晶显示的初始化流程为:

使能端E置0;写入显示格式命令;开启显示;清屏;写入输入格式命令。

3 软件设计

在系统设计中采用了AT89S52做控制核心,所以软件设计非常重要。软件设计采用模块化设计思路,功能☠模块包括初始化及测控主程序、参数测量模块、电量计算模块、电池保护模块等。其软件设计流程为:初始化;采集电压、电流和温度;精确计算锂电池电量;数据测控保护;储存并LCD显示数据[3]。

3.1 电量软件算法的实现

由上文分析可知:电池电量主要与电压、电流和温度等相关,但不是线性相关,因此找出它们的关系尤为重要。根据对电池电量特性的分析和电压检测电量法以及库伦法。基于电池特性建立电池电量计算模型【2】如下:

电池电量= (当前修正电量 电流积分容量)/学习得到的总容量

当前修正电量由电压测量法测得,并以温度参量修正;电流积分容量采用库伦法,在锂电池工作状态对电流进行积分;学习得到的总容量由长时间的库伦法所得。

3.2 电量软件算法的实验数据

实验数据(电压(V),电量(%))如下所示: 室温:20 oC

根据实验测量数据做出的SOC曲线符合一般电池放电特性,且与实际电量值基本相符。

4 结束语

本文提出的电量测量算法将库伦法和电压法相结合并带温度校正,这种方法可以实现较为精确的SOC测量。电池进入充放电状态时,则转而使用库伦法。当电池电压下降较大时,要考虑OVC曲线从而达到学习完全放电时的电量,同时进行电池保护。基于本文提出的电池电量汁算方法,实现了电量的精确测量。

参考文献:

[2]李申飞,易菊兰,琚小明.电池电量精确测量方法的研究与实现[R].华东师范大学软件学院,上海;新余高等专科学校,江.


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