锂离子电池组监控系统研究与实现 — 系统硬件设计

各单体电池容量的不一致，这样势必会影响锂离子电池的使用寿命。为了保证电池组中各单体电池的一致性，我们需要设计均衡保护电路。

本系统采用的是能量损耗型均衡方法。判断方法是当电池组中某节电池单体电压超过电池组平均电压值0.2V时，我们认为电池组处于不均衡状态，应当启动均衡保护，打开旁路开关，通过分流电阻释放能量。

均衡电路是保证串联各电池电压一致性的根本，从而也关系到电池使用寿命的长短。在充电状态下，若检测到某节电压高于电池组平均单节电压时，由单片机I/O口输出高电平，从而使驱动三极管导通，相应节电池正极的电压将对地形成回路，并在两只电阻上形成分压，从而使得均衡电路的PMOS开关导通，并在功率电阻上形成分流，系统采用12欧姆/5瓦的功率电阻，因此均衡电流可达300mA左右，同时和功率电阻并联的LED指示灯会被点亮，说明该节电池处于被均衡的状态。每节电池的均衡电路都是按照如图3.26所示的电路并联在电池正负极之间的。

3.5串行通信电路

串行通信电路用来与上位机进行通信，实现参数设置和数据上传。芯片MAX232的电源通过跳线来确定是否供电，因此在不需要与上位机通信时，可将其电源断开，从而降低系统功耗。如图3.27所示。



3.6小结

在本章中，我们根据系统要求，首先提出了对电池组进行监控管理的总体方案。然后根据系统的性能和功能要求，完成了对单片机的选型以及信号采集电路和保护电路的方案选择。最后根据电路设计方案分别对各个电路进行了详细的分析和阐述。系统的硬件设计是软件设计的基础，为软件设计搭建了平台。

该系统的硬件电路已经完成了PCB板的制作。绘制硬件电路的过程是一个学习的过程。在这个过程中，我们需要充分考虑各方面的因素，例如电源与地、模拟与数字以及电路的抗干扰能力等。任何一个因素都可能会对系统的正常运行产生很大的影响，需要不断优化布局布线。另外，该硬件电路除了应当能满足系统的功能要求外，还需要有一定的扩展能力，这些都是在设计过程中需要解决的问题。在设计的过程中还出现了单片机不能正常工作的情况，经过检测，发现是由于晶振的设置不对。总之，在硬件设计的过程中， 可以学到了很多知识，将理论与实践逐渐结合起来，为今后的硬件开发打下了基础。