CC430F5137单片机的动力电池管理系统设计

摘要：针对目前动力电池管理系统功耗大、使用不灵活等缺陷，设计一种基于单片机CC430F5137的动力电池管理系统。分析了动力电池管理系统的结构原理，给出了硬件设计方法和软件流程，并详细分析了电压／电流检测模块、剩余电量检测模块、温度检测模块和数据传输模块。实验结果验证了采用单片机CC430F15137设计动力电池管理系统的可行性，系统运行稳定可靠，有较好的应用前景。
关键词：动力电池管理系统；CC430F5137；SoC；RF无线通信

引言
随着新能源汽车的不断发展，大型工厂开始逐步使用动力电池驱动的运输车辆。电动汽车目前常用的电池有铅酸电池、锂电池、镍氢电池等。电池是一个集成高能量的物体，它的使用以及安全管理就显得尤为重要。目前的电动汽车中缺少能够实时、直观、在线地反映蓄电池状况的设备，由于对蓄电池保养不及时、保管不善、放电过度而造成的早期损坏，给企业带来一定的损失。电池管理系统能解决这一问题，因此研究一套能够实时监测蓄电池工作状况的系统有着十分重要的价值和意义。
参考文献设计出的蓄电池管理系统缺少数据的传输功能，使得应用有一定的局限性。参考文献设计的电池管理系统是以DSP为控制核心，其成本较高，而且系统运行的功耗也较高，有较大的局限性。
针对以上缺点，现采用基于单片机CC430F5137为控制核心的设计方案。CC430F5137内部集成了CC1101无线电收发器，可以实现100～200 m的无线传输功能，而且CCA30F5137具有MSP430系列单片机的低功耗特性。以上优点弥补了目前电池管理系统的缺陷，达到了目前应用的要求。

1 电池管理系统运行原理
本系统安装在电动汽车中，可以实时监视电池的状况。当电池汽车充电时，系统可以将充电数据通过无线模块传输给充电中心，并自动进行充放电管理。这样充电中心就可以实时了解充电的状态，而且充电中心不用将其他线路接入汽车内，减少了搭建线路的麻烦，提高了工作效率；当汽车在正常使用电池时，系统会实时监测电池的用电情况，在剩余电量不足时及时通知驾驶人员，并将警报通过无线模块发送给充电中心，告知需要充电。

电池管理系统结构框图如图1所示。本系统以CC430F5137为控制核心；蓄电池充放电控制电路主要是对蓄电池的充放电进行管理，大功率蓄电池充放电电流较大，需要充放电控制电路对电池进行保护充放电，以免损坏电池；蓄电池检测电路主要是检测电池的充放电电压、充放电电流和电池温度等；LCD显示电路用于显示电池电压、温度、电量等参数，以给使用人员提供一个参考；CC1101无线电模块用于将采集的电池数据通过无线电发送给充电中心，以便充电中心进行实时管理。

2 蓄电池管理系统硬件设计
蓄电池管理系统包括电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块和数据传输模块。
2．1 电流、电压检测模块设计
在本系统中，单片机需要对蓄电池组的整体电压和单节电池电压进行检测。目前有两种检测方法：一种是采用霍尔电压传感器来转换被测电压，再通过A／D转换元件进行采样；另一种是采用精密电阻构建电阻分压电路，再用A／D转换元件进行采样。第二种方法对于电压范围较固定的条件下比较适合，如果有大电压或者电压范围较大的情况下，采用第一种方法比较适合。本系统采用第一种检测方法。
2．1．1 模拟采样芯片的选择
本系统选用AD7656模数转换芯片来采集模拟信号。AD7656是利用创新的半导体制造工艺(iCMOS)制作的高集成度、6通道同时采样的16位逐次逼近型的ADC。其吞吐率高达250 ksps，可以6通道同时采样；支持并行、串行和菊花链的接口模式；可以与处理器的SPI、QSPI等高速串口实现无缝连接；宽带宽输入，输入频率为50 kHz时的信噪比(SNR)为86．5 dB；在供电电压为5 V、采样速率为250 ksps时，功耗为140mW。如图2所示，AD7656有两个电源输入端，分别为模拟电压输入端AVCC和数字电压输入端DVCC。在AD7656同时转换6通道数据时，需要一个标准的输入电源，以便达到高精度的要求，所以AVCC的去耦就显得十分重要。在本系统中的供电电源的输出端加一磁珠，以便提供较好的电源。在电路的接地设计中，AD7656的DGND与AGND需要相互分开接地，以免相互影响。本系统中电源正电压VDD为+12 V，逻辑电源VDRIVE、数字电源DVCC、模拟电源AVCC的供电电压均为+5 V，电源负电压VSS的供电电压为-12 V。RANGE端口接地，即选择输入范围±10 V；W／B接地表示16位并行输出；AD7656的STBY接VDRIVE，选择正常模式；SER／PAR端口接地，选择并行接口；WR／REFEN／DIS接VDRIVE表示选择内部参考。

CC430F5137与AD7656的硬件