电池检测充放电设备_单片机控制电路设计
电压低于4.0V时，控制信号CHARGE输出高电平使三极管Q18导通，使充电回路导通。其保护电路图如图3.25所示，其中P+为充电时充电机输出的正极[19]。
P-D4R54503VCCC30104U12DSHORTINTCM1V324753R55C6010uF+图 3.24 短路保护电路 Fig 3.24Short circuit protection circuit
过放保护控制的基本思路是：在电池放电过程中，当通过电压检测电路检测到电池电压达到2.7V±0.08V时，MCU 的控制信DISCHG输出低电平使三极管Q17截止，使放电回路关断，起到过放电保护作用；相反，当电池电压高于2.9V时，控制信号CHARGE输出高电平使三极管Q17导通，使放电回路导通。其保护电路图如图3.25所示，其中B+为放电时电池组输出的正极。但是需要注意的是，在前面介绍了系统电源是从电池组最大电压转换而来的。当电池处于过放情况下，不可能再对系统提供大电流。因此要求过放保护电路处于低功耗状态，整个保护电路耗电会小于0.1uA。
B+R50105R48505DISCHGR52104Q172SC1845Q19Q21Q23Q25Q20R49505CHARGER53104Q182SC1845R51105P+Q22Q24Q26图 3.25 充放电控制电路 Fig 3.25 Charging and discharging control circuit
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3.4.2 均衡电路设计
在前面我们已经介绍过了，锂离子电池在串联使用时，对锂电池组进行充电中，单体锂离子电池之间会出现不均衡的问题，时间长了会导致电池组中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。
B-201R134R216201JH01IRLML6401Q116BAT1000R132CTL1131104Q162SC1845R133103图 3.26 均衡电路 Fig 3.26 Balanced circuit
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。
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321J10TXDRXDGNDDJ2321VCCC61VCC104C63++C62+DB9RA/FGNDDGND594837261RXINTXOUT+VVCCTXDC64+104R1INR2INT1INT2INC1+C1-V-104RXIN104R1OUTR2OUTT1OUTU8T2OUTC2+232C2-RXDTXOUTC65104+图 3.27 充放电控制电路 Fig 3.27 Charging and discharging control circuit
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4软件设计
4.1 开发平台
由于本系统采用的是TI公司的MSP430系列的单片机，因此开发平台选用IAR Embedded Workbench for Msp430 3.42A这个版本。该软件是一种增强型一体化嵌入式集成开发环境，其中完全集成了开发嵌入式所需的文件编辑、项目管理、编译、链接和调试工具。该软件除了可以进行纯软件仿真，也可以结合仿真器实现在线仿真调试。
4.2 软件模块划分
下位机软件系统主要由定时中断数据采集处理模块、外部中断短保护模块、充放电保护模块和均衡保护模块等构成。软件主程序流程图如图4.1所示：
4.3 数据采集模块
数据采集处理模块是整个检测系统的核心，通过在主程序中设置定时器1 的定时时间，使其产生中断，在中断程序里完成对电压和电流等参数的采集和处理。该模块包括电压和电流的采集以及处理。这些数据的精确度对系统的性能有着决定性的作用。 4.3.1 电压采集模块
系统需要对16节锂电池模组的单节电池电压进行采集，由于 MSP430F233只有8路 A/D，同时还要对1路电流采样，因此，系统采用分时复用的方式用一路 A/D 实现对16节锂电池进行电压采集，复用方式采用4片 CD4052实现。程序中建立两个枚举类型的数据来对CD4052进行选通，每次选通时，利用CD4052的差分功能可得到单节的电池电压。这两个枚举类型为：
enum ADD_STATA{S0,S1,S2,S3} enum CS_STATA{CS1,CS2,CS3,CS4}
其中ADD_STATA 用于对单片的CD4052的四路通路进行选择，CS_STATA对CD4052进行片选，在程序中对应这两种枚举数据类型的变量分别为ADD_A_B和CS_SEL，电压的采样利用定时器1中断。 4.3.2 电流采集模块
系统电流的采集通过检测高端电流检测芯片MAX4081上RS-和RS+两端的
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电压获得。
开始系统初始化开定时器中断，采样5次采样是否完毕？YN数据处理17路信号是否采样完毕？YN是否需要均衡保护Y开定时器2中断，等待中断N是否需要均衡保护Y开定时器2中断，等待中断N是否需要均衡保护Y开定时器2中断，等待中断N关定时器2中断关定时器2中断关定时器2中断图 4.1 软件主程序流程图
Fig 4.1 software flowchart of main program
4.4 充放电管理模块
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