青岛科技大学本科毕业设计（论文）
4.4.1 充电管理模块
锂电池模组在正常情况下充电回路要保持一旦接通就充电，但在充电过程中如果单体电压的最大值大于4.2V时，启动定时器2，定时一段时间后进入中断，在中断内再次对该过充信号进行检测，如果仍然超过设定值，就需要启动充电保护，断开充电回路。但由于某种原因（比如放电）而使最大值下降到4.0V 且持续一定时间要接通充电回路，以方便下次充电。为实现此功能定义了几个标志位：charge_guard, chage_f_guard, charge_guarded,分别代表单体电池电压最大值大于4.2V标志，单体电池电压最大值小于4.0V标志和进入充电保护标志。
具体实现方式为先根据charge_guarded的值判断是否进入保护状态，然后根据电池最大值决定是否启动定时器中断，若最大单体电池电压小于4.0V则开定时器中断中断并置位charge_f_guard，否则复位charge_f_guard，若最大单体电池电压大于4.2V则开定时器中断中断并置位charge_guard，否则复位charge_guard。流程图如4.2所示：
进入充电保护模块charge_guard,charge_guarded,charge_guard,charge_f_guard赋初值0charge_guarded=1YNNVmax<4.0V?YVmax>4.2V?YNcharge_f_guard=1开定时器中断charge_f_guard=0charge_guard=1开定时器中断charge_guard=0 图 4.2 充电管理模块软件流程图
Fig 4.2charging management module software flow chart
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电池检测充放电设备_单片机控制电路设计
一旦启动了定时器，当定时器中断发生时，进入中断再次根据charge_guarded的值判断是否进入保护状态，然后根据电池最大值及其标志决定是进入充电保护状态还是退出充电保护状态，并置位或复位相应标志位的值。若最大单体电池电压小于4.0V并且charge_f_guard置位则退出中断保护状态并复位charge_f_guard，charge_guarded。若最大单体电池电压大于4.2V并且charge_guard置位则进入中断保护状态并复位charge_guard，charge_guarded。流程图如图 4.3 所示：
进入定时器中断charge_guarded=1?NYVmax<4.0V?&&charge_f_guard=1Y退出充电保护状态charge_f_guard=0charge_guarded=0NVmax>4.2V?&&charge_guard=1Y进入充电保护状态charge_guard=0charge_guarded=0N中断结束，回到主程序图 4.3 中断程序软件流程图
Fig 4.3 interrupt program flow chart of software
4.4.2 放电管理模块
系统的放电管理模块与充电管理模块类似，只是充电保护及恢复通过对电压的最小值的判断来实现。在放电过程中如果单体电压的最小值小于2.5V，启动定时器2，定时一段时间后进入中断，在中断内再次对该过放信号进行检测，
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如果仍然超过设定值，断开放电回路。但由于某种原因（比如充电）而使最小大值上升到2.7V且持续一定时间要接通放电回路，以方便下次放电。为实现此功能定义了几个标志位：discharge_guard,dischage_f_guard,discharge_guarded，分别代表单体电池电压最小值小于2.5V标志，单体电池电压最小值大于2.7V 标志和进入放电保护标志。
具体实现方式为先根据discharge_guard的值判断是否进入保护状态，然后根据电池最小值决定是否启动定时器中断，若最大单体电池电压小于2.5V则开定时器中断并置位discharge_guard，否则复位charge_guard，若最大单体电池电压大于2.7V则开定时器中断并置位charge_f_guard，否则复位charge_f_guard。流程图如图4.4所示：
进入放电保护模块discharge_guard,charge_guarded,discharge_guard,discharge_f_guard赋初值0discharge_guard=1YNNVmin>2.7V?Ydischarge_f_guard=1开定时器中断Vmin<2.5V?YNdischarge_f_guard=0discharge_guard=1开定时器中断discharge_guard=0 图 4.4 放电管理模块软件流程图
Fig 4.4discharge management module software flow chart
一旦启动了定时器，当定时器中断发生时，进入中断再次根据discharge_guarded的值判断是否进入保护状态，然后根据电池最小值及其标志决定是进入充电保护状态还是退出充电保护状态，并置位或复位相应标志位的值。若最小单体电池电压小于2.5V并且discharge_guard置位则退出中断保护状
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态并复位discharge_guard，discharge_guarded。若最小单体电池电压大于2.7V并且discharge_f_guard置位则进入中断保护状态并复位discharge_f_guard，discharge_guarded。流程图如图 4.5所示：
进入定时器中断discharge_guarded=1?NYVmin>2.7V?&&dsicharge_f_guard=1Y退出充电保护状态discharge_f_guard=0,dsicharge_guarded=0NVmin<2.5V?&&discharge_guard=1Y进入充电保护状态discharge_guard=0discharge_guarded=0N中断结束，回到主程序 图 4.5 中断程序软件流程图
Fig 4.5 interrupt program flow chart of software
4.4.3 电压均衡处理模块
在电池充电过程中，由于锂电池的个体差异，可能会造成某节电池产生过充，为了避免过充造成电池损坏，需要在过充时对电池旁路。从而使每节电池电压达到均衡。均衡方法为在满充电态时，也就是当检测到某节电池达到4.2V 时，开始启动均衡，首先计算16节锂电池的平均电压，然后将各节电池的单体电压与平均电压相减，如果其中某节电池的电压与平均电压的差值大于0.2V，便将该电池旁路，启动均衡。
4.5 短路保护
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系统的短路需要很高的实时性，因此该保护通过硬件中断的方式实现，当硬件检测到短路发生后产生硬件中断，主控 CPU 立即断开负载回路，而当短路解除时，CPU 会接收到硬件电路发送的解除保护信号，系统恢复正常。
4.6 软件抗干扰
整个系统稳定工作的前提是电压采样值能够精确，但是由于硬件电路本身结构所限，每次采集的数据会有一定误差，为了降低采集误差给系统造成性能的降低，加入了软件抗干扰措施。具体方式是对每一路信号都连续进行 10 次采样，然后去掉其中的最大值和最小值，对剩下的 8 个数据求平均值，最终得到有效的采样值。试验证明该方法可使采样误差从 10 毫伏降低到 5 毫伏以内，从而提高了系统的稳定性。
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5 总论
本系统对锂电池组管理系统的测试主要包括电压采集、温度采集、电流检测、过充和过放电保护功能、短路保护功能、温度保护功能等内容。
将锂电池组和保护电路连接好后，用4位半高精度万用表对所有单体锂电池的电压（用电池组模拟器产生）进行测量，并观察上位机应用程序显示的数据，进行比较和记录。对每一节锂电池的电压测量需要进行 在低电压、中间电压、高电压三种情况下的测量值与扫描值，比较二者误差。在某节电池电压不变时，改变其前级电压，在个别节中会发生扫描值的小幅波动，经理论分析其原因是由于分压电阻网络阻值不一致所引起的，但仍能保持在正常误差范围之内。
测试时，通过调整电池模拟器中某节电池的电压，分别使之低于设定的锂电池最低放电电压和高于最高充电电压，观察保护器中的充放电状态指示灯，测量充放电控制MOS管的管压降。系统实际设定的最低放电电压为2.5V，最高充电电压是4.2V，实际测试结果表明保护器分别在模拟器电压超过限定值时，可以立即关断放电或充电回路，实现了基本的过充和过放电保护功能。
过流保护主要是由单片机依据电流采集所获得的采样值和设置的电流保护 阈值进行比较，来决定是否关断充电或放电回路。当检测到电流大于设定保护值时，由单片机输出控制信号切断MOSFET开关。短路保护功能仍然利用电流采集电路获得的电压值和门限电压进行比较，短路时比较电路输出脉冲作为单片机的中断输入，在中断程序中切断回路，实时地进行短路保护。
温度保护功能是在环境温度低于或超过一定值时，使系统进入保护状态，主要通过比较检测温度和系统设置的最高温度、最低温度来进行充放电保护。通过实际测试，保护器实现了高低温保护功能。
经过测试，该系统基本满足设计要求，达到了预期的目的。尽管如此，但是由于本人设计经验的匮乏和时间的限制，系统还有进一步完善和改进的空间：电池组在均衡的过程中，由于采用的是能量损耗法，所以保护器上的温度会较高。这需要我们研究用简单可靠的非损耗型均衡法来实现电池组的均衡；电流检测的精度虽然可以满足本系统的需要，但是精度不高。后期需要我们研究新的电流采集电路提高电流检测的精度。
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