鋰離子電池組無線監控系統設計

1、前言

　　隨著鋰離子電池的廣泛應用，其安全性問題越來越受重視。對鋰離子電池的參數進行實時檢測可以有效避免電池的不安全使用，并且可以盡量發揮電池的性能。有些應用領域由于條件限制，難于鋪設線路，需要對電池進行遠距離的監測，比如路燈蓄電池管理；或者由于大量使用，逐個連接監測線路比較麻煩如基站電源管理中電池的狀態監測或者大量在通信電臺集中的場合等，可通過無線網絡對采集的數據進行傳輸管理。

　　該系統主要由鋰離子電池組狀態參數數據采集、信號無線傳輸、數據處理等幾部分組成，系統框圖如圖1所示。前端由狀態參數采集模塊和無線發射控制模塊組成，其中數據采集部分包括對鋰離子電池組的電壓、電流、內阻以及溫度等參數進行測量，由單片機對采樣數據進行初步處理，然后控制發射芯片調制發送。系統后端由無線接收控制模塊、單片機和串口電路、本地計算機組成，接收芯片對信號解調，單片機接收數據并進行處理，將有效數據通過串口傳送到本地計算機上進行，監測人員可通過對狀態數據進行分析掌握該電池組的工作狀態，對不正常的電池及時進行處理，確保其工作的可靠性。

圖1 電池監測系統原理框圖

　　根據鋰離子電池組多樣的應用環境以及系統管理的目的，狀態采樣裝置采用的是模塊化的設計，主要包括：鋰離子電池組電壓測量電路、電流測量電路、內阻測量電路、溫度測量電路四個部分[1,2]。檢測模塊對采集的信號進行A/D轉換，并將數據發送給控制模塊。設計中采用的高精度、高實效數據采集模塊兼顧了專用化和通用化的原則，配置靈活。系統可由單片機對各個模塊的選通進行控制，各模塊可單獨使用也可以自由組合，能適應不同的應用場合。

　　2、實驗系統

　　無線數據傳輸和有線數據傳輸相比較而言，其特點是使用射頻信號來發送和接收數據包。無線數據傳輸主要由無線數據終端、主接收器和主監控器組成，主監控器與主接收器間采用串行口通信。整個傳輸系統的設計都是為了實現對鋰離子電池組狀態在線監測這個目的，因此對數據傳輸的準確、實時性以及功耗問題是設計的關鍵。

2.1 發射端

　　2.1.1 發射端電路的設計實現

　　無線傳輸系統發射端的硬件電路主要由數據采集模塊、單片機以及RF發射芯片組成，電路如圖2所示。

圖2 發射端電路

　　文中采用的是ATMEL公司的AT89C51單片機對發射系統進行控制，單片機控制數據采集模塊分別對電池的電壓、電流、內阻以及溫度進行采樣。無線發射芯片采用的是挪威Nordic公司推出的一體化無線收發芯片nRF401，nRF401芯片中集成了高頻發射/接收、PLL合成、FSK調制/解調和多頻道切換等功能，在低成本數字無線通信應用中具有突出的技術優勢[68]。