论文总字数：17507字

目 录

1 绪论 1

1.1课题研究的背景和意义 1

1.2 国内外研究概况 2

1.3本论文的主要工作 3

2 锂电池的参数及检测方法 3

2.1 锂电池简介 3

2.2 性能指标 4

2.3 锂电池检测方法 5

3 硬件系统设计 7

3.1 系统框图 7

3.2 主控芯片 8

3.3 LM2577升压稳定模块 9

3.4 电流放大模块 9

3.5 LCD1602显示模块 10

3.6 其他电路 12

4 软件部分 13

4.1系统主程序 13

4.2 ADC采集程序 15

4.3 LCD液晶显示程序 15

4.4 电量测算.............................................................................................................................16

5 系统调试 18

6 总结 18

参考文献 19

致谢 21

锂电池容量检测系统设计

王吉鹏

,China

Abstract: The rapid development of electric vehicles to change the use of lithium batteries and areas, more and more cars began to use electric energy this clean energy, to improve the environment of the fog and haze in today's society has a very good role. Lithium battery has become more and more widely used in our life. If the capacity of the lithium battery can be measured in real time, the performance status can be detected, which can not be ignored. The graduation design focuses on the capacity of lithium batteries in electric vehicles. By using MSP430 of lithium battery open circuit voltage is sampled, the output current of current converted and sent to the microcontroller to sample, by measuring the voltage value through the operation to approximate the capacity of the lithium battery. Finally, all the results are aggregated to the LCD screen displayed..

Key words: Lithium battery; Capacity detection;MSP430;electric vehicle

1 绪论

1.1课题研究的背景和意义

进入到二十一世纪，随着可使用能源的减少和环境的污染状况不断加剧，雾霾天气的日益增多，我们已经越来越感受到危机，于是在污染排放比较多的汽车领域，电动汽车逐渐开始取代柴油汽车的工作。在现在的各大城市当中，越来越多的公交公司开始配备电动公交。电动车摒弃了过去以柴油机为驱动的状况，进而全部转向以锂电池为主要动力源的方向。汽车用途极其广泛，国民经济各个部门都离不开它，汽车普及范围非常广泛，现在几乎每个家庭都配备有汽车。如果所有汽车都开始转向纯电动汽车，将会对改善环境改变生态起到非常重要的作用。同时锂电池也会充当着电车中的重要角色。由于锂电池能量密度很大，所以称为了电动车的理想动力源。因此对于锂电池的研究可以推动电动汽车的进一步发展。

锂电池装备在电动汽车上具有多方面的优势。其一是它生产的灵活性^[1],不仅可在工厂进行自动化批量生产，而且个人完全可以制作简易的锂电池；其二是材料来源充足，完全不用担心原材料的不足，而且主材料来源可靠；其三是它的适应性较强，在不同型号的电动汽车上可以根据实际情况设计并制作出各种规格的锂电池，而且功能性稳定性可以得到保障。

由于电动汽车具有低噪声高性能的优点，在国家的新兴产业战略布局中，具有重要的战略意义，对于调整我国的能源产业机构，优化资源配置具有重要的推动作用。十八大以来，国家大力提倡科技创新。对于电动汽车主要部分的动力源锂电池的研究便具有较高的实用价值。通过对锂电池能源的研究，提高其利用率，优化起内部物质结构，研究成果可以改善我国资源相对不足的问题，实现经济社会和环境的科学而稳定的发展。

锂电池的监测与管理^[2]，对我们将每个电池的能量用到最大化、使用方式的最合理化和使用寿命的最长化有不可忽视的意义。如监测到每个电池的使用情况，然后将老化的或者出故障的电池排除出来，换上新的，那么系统会工作地更好且有效工作时间也会变长。其次，电池可以循环使用，这对我们发展节约型经济有不可忽视的作用，而且与可持续发展战略相符。而在实际的使用中，大部分的电动汽车都不具备对电池的监测的功能。这些电池的容量由于长时间的工作中的某些问题就缓慢地降低，这在推广电动汽车起到了一定的阻碍作用。电池的容量是保证它长时间工作的首要条件，电压电流等参数的检测也是必不可少的的。总的来说，在推广电动车的路途中，我们必须对电动车的动力源做到实时地检测，一旦出现问题，便可以即刻得到解决。高性能的电池管理与监测系统^[3]在整个电池上起到极其重要的作用，只有对锂电池的控制达到最优化，才能才能提高电动车整体的性能和稳定。

在本设计中，如何实时检测电池的容量，进一步判断电池当前的状态作为论文的核心。通过测量得到的数据，来量化锂电池的性能，使得可以快速地排查电动车使用过程中的锂电池故障，对于提高电动汽车整体稳定程度具有实际的研究意义和推广价值。如何对电池的剩余容量进行实时可靠地检测，而且不影响其所驱动的各种用电设备的正常工作，是本设计中所要克服的问题。

1.2国内外研究概况

世界上有许多国家都设立了研究锂电池的充放电在线检测机构。如美国的 Alber 公司以及瑞士的 Lem 公司就是主要做电池这块的，且取得了不小的成果。美国 的Alber 公司研制了全自动电池容量测试仪（BCT-2000），并拥有大电流 70A 放电测内阻的专利。用了大电流（70A~100A）放电法，精确度可精确至0.1%，可去除电池内部自带的电感和电容的影响，从而在线检测电池时免受了纹波和电磁场的影响，由于大电流测量所以需要相应的负载来承受，不是很安全。瑞士Lem 公司研制了集测量电池内阻、温度和电压于一身的电池设备，优点是体积相对较小和整合方便，缺点是易受到纹波和谐波等电流的干扰，因为它是以交流法为基础来测内阻的。通过上述两个公司生产的设备，便可以测得电池的电压、内阻值、工作温度及在线监测充放电的电流等，甚至还可以估计电池以及电池组的剩余容量。对于提高电池的最优化应用起到了积极的推动作用。

在国内，电池的在线检测这块也取得了颇为亮眼的成就，如上海顺盟公司生产的 SMITB915、西安柯蓝公司的 CR-AC24/05、杭州华塑加达网络科技的 HBA-1001 等产品。这些电池的在线检测设备基本上都有测算内阻、估算剩余容量^[4]，甚至是对电池不正常时进行报警。在这里对西安柯蓝公司的电池在线检测仪做个说明，该公司根据电池的满容量放电^[5]来估算电池容量，这样的话精度较高，但也带来了一个缺点，测容量时电池组必须独立^[5]，这样就使整个系统的整体性遭到破坏^[6]。

目前在提高电动车动力源稳定性的设计上^[7]，主要朝着下面两个方向发展。

（1）智能化

系统的智能化离不开微处理器，以各种处理器为核心的检测设备层出不穷。我们不必向从前测量时那样事必躬亲，通过将每个电池组进行模块话检测，我们便可以随时观察到当点电池的状况，进而评估电车的工作情况。可以即时地对数据进行采集，对故障进行排除。当电池组非常杂多时，极大的提高了对电动车的锂电池状况的监测效率。电池的老化故障等不足可以及早地发现，及时地处理，以减少电池的隐患^[8]。

（2）网络化

当通过单独的处理器采集到每个电池组的测量数据后，可以通过区域网络进行数据的汇总在终端进行实时的监控。比如在电动汽车上，可以对每一个部分的电池测量后，将数据传输到驾驶室，通过电车中央控制处理，便可以在显示屏上对电车的整体电池状况有了整体的把握。同时，通过联网也可以传输到上层管理部门进行实时管理。比如，电动公交系统可以对市辖区内的所有行进的公交车进行实时监测，出现意外便可以即时地预警支援，从两个层次上提高了电动汽车的安全系数。得到提高。

1.3本论文的主要工作

本设计的研究对象为电动车中的锂电池，从电池在线监测系统的结构和工作原理入手，详细阐述了锂电池监测的基本原理及方法，同时也对锂电池的各种技术参数进行了介绍，对容量检测方法进行了一番筛选，最终选择了放电电压分析法。对该检测系统的各个部分进行了详细的介绍，硬件电路的每个部分的功能及连接情况都有，还有软件部分的部分程序的详解。简而言之，将电池接入电压和电流转换电路，通过基于LM2577的升压稳定模块进行各芯片的供电，通过基于LM358的电流放大模块测得电池的电流，MSP430的ADC模块采样，经MSP430的处理，最终在液晶显示屏上显示当前锂电池的状态，发现问题并能得以解决，从而降低锂电池在实际应用中对电动车的影响^[10]。

2 锂电池的参数及检测方法

2.1 锂电池简介

锂离子电池是一种二次充电电池，它的工作是通过正负极之间锂离子的不断往返运动来实现的，具体一点，就是正锂离子在正极和负极之间往返嵌入和脱嵌^[11]，充电时正锂离子从电池的正极脱嵌，在电解质中移动到负极进行嵌入，负极锂离子含量不断增加，放电时情况刚好与充电的情况相反，锂离子从负极运动到正极。锂电池使用含有锂元素的物质作为电

极的，它的能量密度比较大，平均输出电压稳定且较高，而且它是没有记忆效应的，可以循环利用，使用的时间也比较长，是绿色电池。

图2-1 电车锂电池照片

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：17507字

相关图片展示：