文献综述
能源与环境是人类社会赖以生存和发展的基础，动力电池作为新能源开发的一项典型实体，已广泛应用到各个领域。为了满足市场的广泛应用需求，动力电池通常采用多个单体电池串联成组使用，在批量生产过程中，各单体电池的制造工艺基本相同，其中可选用的动力电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池，与其他电池相比，锂电池在能量和功率性能方面具有较大优势，如无记忆效应、长循环寿命、低自放电率、无环境污染性、高能量密度、小体积轻质量等，是目前动力电池中发展最快也是最有应用前景的电池类型，在电子消费品领域应用十分普遍，在航空航天方面，锂离子电池也被广泛应用；同时也满足美国先进电池联合会的动力电池中期目标。但其电池内阻、电压等并不完全相同，同等工作环境下电池的温度也略有不同，这种性能差异会在充放电过程中不断増大，最终导致动力电池的整体性能明显下降，使用寿命大大缩短。因此本课题以锂电池为研究对象，对串联电池组充电不均衡问题进行研究，采用单片机为控制器，对系统中电压、温度等参数的检测电路进行分析，设计动力电池组状态监控系统。
目前，我国对动力电池组状态最广泛的测量方法是用直接采样法,即对其进行充电与过充电，测量在充电与过充电过程中实际的温度变化曲线以及电压变化曲线。此方法反应时间慢、误差较大、控制复杂，电量测量精度仅仅超过20%。也可以采用运放和光藕继电器来测量串联电池组的单体电压。该方法对光耦的线性度要求很高，导致硬件成本较高。然而对动力电池组状态监控的迫切需要，事关使用过程中的安全性问题，急需加大力度重点研究突破。本课题提出了一种动力电池组监测系统，对串联锂离子电池组的单体电压和电池组的温度进行在线监测，当单体电池电压偏离规定区间时，监测系统启动报警程序进行报警；当电池组温度偏离规定的区间时，监测系统存储有关数据，报警以确保电池组正常工作。整个监测系统具有简单经济、精度高和可靠性高的特点。
本次设计提出采用AT89C51、ADC0808和DS18B20设计动力电池组状态监控系统，主要包括单片机最小系统、动力电池组状态采集模块、显示模块和报警模块，主要是为了实现动力电池组电压和温度显示和报警等功能。其中AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位单片机，该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，AT89C51能够保证高效得运行，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，为动力电池组状态监控系统的设计要求实现提供了保障。ADC0808是含8位A/D 转换器、8路多路开关，以及与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。ADC0808的精度为 1/2LSB。在A/D 转换器内部有一个高阻抗斩波稳定比较器，一个带模拟开关树组的256电阻分压器，以及一个逐次通近型寄存器。8路的模拟开关的通断由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个单边的模拟信号，我们主要利用ADC0808设计一个数字电压表。而DS18B20数字式温度传感器，与传统的热敏电阻有所不同的是，使用集成芯片，采用单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度。同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单，使数据传输和处理简单化。DS18B20内部结构主要有64位ROM、温度传感器、非易失的温度报警触发器及高速缓存器等部分。其中DS18B20的存储器包括高速暂存器RAM和可电擦除RAM，可电擦除RAM又包括温度触发器TH和TL，以及一个配置寄存器。存储器能完整的确定一线端口的通讯，数字开始用写寄存器的命令写进寄存器，接着也可以用读寄存器的命令来确认这些数字。当确认以后就可以用复制寄存器的命令来将这些数字转移到可电擦除RAM中。当修改过寄存器中的数时，这个过程能确保数字的完整性。它的配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化。DS18B20在出厂时配置为12位，读取温度时共读取16位，前5个位为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。温度为正时读取方法为：将16进制数转换成10进制即可。温度为负时读取方法为：将16进制取反后加1，再转换成10进制即可。在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，前5个位为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。温度为正时读取方法为：将16进制数转换成10进制即可。温度为负时读取方法为：将16进制取反后加1，再转换成10进制即可。部分功能电路的集成，使总体硬件设计更简洁，能有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化，这也就缩短了开发的周期。
本设计中最重要的动力电池组状态采集模块则主要包括对动力电池组的电压和温度参数进行采集，然后对测量信号进行处理，通过 A/D 转换器采样后传输给单片机进行数据处理。和传统的直接测量方法相比，具有灵敏度高、功耗低及性能安全等特点，在各类动力电池组状态监测仪器中也得到了广泛应用。本次设计将通过分析动力电池组状态监控系统的使用现状及其存在问题，利用单片机对当前存在的问题进行改进和提升，提高其监测的精度，达到动力电池组状态监控系统的精确化、自动化、智能化，从而能够更加可靠地保证动力电池组的使用。
资料编号：[678253]
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