一种串联型锂离子电池组监测系统的设计应用

压。当采用内部+ 4. 096 V 参考电压时，理想情况下模拟电压输入对应的数字输出，如表1 所示。

表1 理想情况下模拟电压输入对应的数字输出

由表1 可知，MAX1272 输出的数字量最高位是符号位，余下的11 位是数据。负数以补码的形式给出。

参考电压为+ 4. 096 V 时，1LSB = 1. 220 7 mV。

MAX1272 的最大量化误差，加上非线性、失调等误差的影响，总误差约为5 mV.INA117 精度高，正常情况下，误差在1 mV 以内。因此，使用INA117 和MAX1272 的组合，可以满足串联锂离子电池组电池监测系统在电压误差10 mV 以下的要求。需要更高的电压精度，需要选用更高分辨率的A/D 转换器。

MAX1272 的线路连接图如图4 所示。

图4 MAX1272 的线路连接图

图4 中MAX1272 采用了内部参考电压，6 脚VREF 和地之间接2. 2 μF 钽电容和0. 1 μF 陶瓷电容。

PCB 布线时，这两个电容都要求尽量接近MAX1272。

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。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。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。

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。

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。