串联锂离子电池监测

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1. 4 温度监测

　　针对串联电池组，传统的测温方法多采用模拟温度传感器进行测量，在数据的采集和传输过程中易受外界环境的干扰，从而使测得的结果误差较大，且当测量点较多时，连线较复杂。文中采用单片机和单总线数字式温度传感器DS18B20 来解决上述问题[5].其原理如图5 所示。

图5 温度巡回检测系统框图

　　采用外部5 V 供电，总线上可挂接多片DS18B20,且可以同时进行精确的温度转换，而无需外接驱动电路。测温范围- 55 ~ + 125 ℃；测温精度：在- 10 ~+ 85 ℃范围内的精度为± 0. 5 ℃；在温度采集过程中，单片机芯片需对DS18B20 发命令字，同时也需要读取由DS18B20 采集到的温度。因此，单片机控制器的I /O必须被设置为具有双向传输数据能力。

　　本检测系统每隔一节锂离子电池在总线上挂接一片DS18B20,设置8 个温度监测点，同时检测8 点温度。实际应用时由单片机软件判断出需要显示的温度值：当温度高于10 ℃时，显示8 个温度点中最高的温度值；当温度低于10 ℃时，显示8 个温度点中最低的温度值，达到有效合理的温度监控效果。

　　1. 5 风扇及加热控制电路

　　对于电池的散热问题，设计了风扇控制电路，通过对测量到的电池温度值进行判断，决定风扇的开启或关闭。当温度过高时，单片机将发出信号开启风扇。

　　电路如图6 所示，FAN 为低电平时，晶体管9014 不导通，此时继电器无动作；当FAN 为高电平时，晶体管9014 导通，使得继电器触点吸合，风扇在24 V 电源电压的供电下开始工作。

图6 风扇控制电路

　　对于应用环境复杂的串联锂离子电池组，除了要考虑温度过高的情况，还要考虑温度过低的情况。因为电池在温度过低的环境下运行时，会使锂离子活性变差，嵌入和脱出能力下降，容易在石墨晶体表面沉积，形成锂金属。形成的锂金属会与电解液发生不可逆的反应。

　　如果锂离子电池长期在低温下工作，则将使电池的容量下降明显。因此根据需要设计了加热器控制电路，原理如风扇控制电路。

　　2 监测系统的性能

　　实测证明，使用INA117、16 选1 模拟开关MUX16、MAX1272、51 单片机和DS18B20 的串联锂离子电池组监测系统监测16 节3. 7 V 锂离子电池，电压的测量误差完全在10 mV 以内。温度方面，由于DS18B20 精度较高，温度误差在1 ℃以内。电压和温度的测量均达到要求，系统运行可靠。当串联锂离子电池组任何一节电池电压< 2. 2 V 时，单片机调用轻度报警程序进行声光报警，并通报存在问题的电池。

　　当串联锂离子电池组任何一节电池电压> 5 V 时，单片机调用严重报警程序进行声光报警。如果温度值超出预设温度值的容许范围，串联锂离子电池组监测系统进行声光报警。风扇和加热控制电路均能根据设定温度正常启动控制电路。当温度低于5 ℃时，启动加热控制电路；温度高于50 ℃时，启动风扇控制电路。

　　3 结束语

　　串联锂离子电池组检测系统，采用高共模抑制比差分运放INA117 解决了共地问题，监测电压误差正负10 mV,如要进一步提高检测精度，可以选用高位A/D转换器。检测时，锂离子电池是串联接在检测模块上的，要保证接线正确。根据实际应用，可把几个检测系统串接起来检测更多的串联锂离子电池组，但要确保共模电压不超过INA117 的最大保护共模电压范围。

　　参考文献

　　[1] 谭磊。多单元电池组单元电池电压测量[J]. 电测与仪表，1999（ 11） : 17 - 19.

　　[2] 蒋新华，雷娟，冯毅，等。串联电池组电压测量的新方法[J]. 仪器仪表学报， 2007, 28（ 4） : 734 - 737.

　　[3] 孙肖子，楼顺天，李先锐，等。模拟及数模混合器件的原理与应用[M]. 北京：科学出版社， 2009.

　　[4] 彭明杰，钟汉枢。串联电池组监测系统[J]. 仪表技术与传感器， 2005（ 5） : 42 - 44.

　　[5] 付进军，齐铂金，吴红杰，等。动力电池组管理系统单总线测温技术研究[J]. 中国测试技术， 2004,6（ 30） : 10 - 12.