基于MC9S12DT128B的電池數據采集系統設計

目前，電池在實際使用中普遍存在的問題是電荷量不足，一次充電行駛里程難以滿足實用要求。

另外，用可測得的電池參數對電池荷電狀態(SOC,State-Of-Charge)作出準確、可靠的估計，也一直是電動車和電池研究人員關注并投入大量精力的研究課題。因此有必要建立動力電池探測平臺，利用該平臺對電池相關參數進行全面、精確的測量，實現電池性能實驗，工況模擬和算法研究，確定最合理的充放電方式及更為精確的SOC估算辦法，從而合理的分配和使用電池有限的能量，盡可能延長電池的使用壽命，進一步降低電動車的整車成本。與以往的電池探測系統相比，該探測平臺可全面監測電池相關參數，并加入充放電能量的計量，可從能量的角度對電池的性能進行描述，從能量狀態(SOE,State-Of-Energy)的角度對電池的使用效率進行分解。系統硬件電路具有電池過電壓、欠電壓保護及均衡功能，可對單體電池進行監視和保護，減小電池間的不一致性。在充放電設備與上位機之間建立通信，控制充電機按照編程指令改變控制策略和輸出電流，檢驗充放電電流大小、方式和環境條件對電池的電荷量及使用壽命的影響。

2探測平臺結構

探測平臺的結構如圖1所示，以單片機為核心的電池數據采集系統筆直對電池包的單體電壓、總電壓、溫度、電流、充放電容量、充放電能量等信息進行精確測量，并通過RS232總線將數據發送到上位機。由微型計算機構成的上位機監控系統，實時顯示并記錄接收到的探測數據，對數據進行分解，監控探測系統工作狀態。另外可依據詳盡的試驗要求，控制充放電設備按照編程指令輸出電流，模擬電池在某些特定條件下的使用情況。充放電設備實現電池包的充放電，完成電池和電網之間能量的雙向流動，與監控pC機通過CAN通信，可接收監控pC機的編程控制指令。文中主要完成數據采集系統、上位機監控系統的設計并實現各部分之間的實時通訊。

圖1平臺結構圖

3系統硬件設計

數據采集系統硬件結構如圖2所示，主要包括以下幾個模塊：微控制器、電源模塊、電流及安時測試模塊、瓦時測試模塊、電壓測試模塊以及通信接口電路。

圖2硬件結構圖

微控制器采用的是MC9S12DT128B芯片，該芯片具有串行接口、CAN控制器等豐富的外圍資源，只需加入電平轉換電路即可實現與上位機之間的232通信。本設計使用數字溫度傳感器DS18B20來實現溫度測試，它支持1-wire總線協議，可利用單片機的一個端口來讀取多個測試點的數字化溫度信息，擴展方便。

電壓測試采用bq76pL536芯片，它同時測試3到6節電池，測量的單只電池的電壓范圍為1~5V。

該芯片由所測電池筆直供電，供電電壓范圍為5.5~30V。為了保證芯片在所測電池少于3節時仍能正常工作，電路中外接9V的直流電源。在電池總電壓小于9V時，采用外部供電。該芯片具有電池過電壓，欠電壓保護功能，電壓閾值及測試延遲時間這些保護參數可通過程序寫入。當某節電池的實際情況超過設定的安全閾值范圍時，芯片中電池故障寄存器相應字節置位，從而通知充電機動作，戒備電池過充或過放。在芯片外圍，有MOS管與電阻構成的均衡電路，芯片的CBx管腳可以控制MOS管的導通與關斷，如圖3所示。通過軟件設置，當程序判斷出某節電池需要均衡時，該電池對應的CBx管腳被置位，這時與CBx相連接的MOS管導通，均衡電路啟動。

圖3均衡電路

CS5460A芯片能夠精確測試和計算有功電能、瞬時功率、IRMS和VRMS,本系統用兩片CS5460分別測試電流、安時和瓦時。其中一片CS5460采用分壓電阻測試電壓，分流器測試電流，通過軟件設置，它在每秒鐘內對電壓、電流信號采樣4000次，并計算出瞬時功率。通過4000次功率的累計，芯片可自行計算出這一秒鐘內的能量值，即??瓦時。另外一片CS5460將通過電壓測量通道測量恒壓源信號，電流測量通道測量分流器信號，這樣測得的數值為電流與時間的積分，即電池電量的計量單位??安時,可用于SOC的計算。摘要：隨著電動車產業的發展，電池需求數量急劇增長，對電池探測設備的需求也在同步增長。提出了一種電池包探測平臺，并著重解析了數據采集系統與上位機監控系統的設計。以MC9S12DT128B微控制器為核心的電池數據采集系統，實時測試電池的相關信息，并將數據發送至上位機，為電池狀態估算提供根據。上位機監控系統用VC++編寫，用于數據的讀取及存儲、參數設置、校準，同時可以控制充放電設備按照編程指令輸出電流，以滿足不同的試驗要求。經試驗驗證，本系統對電池信息進行實時測試具有較高的精度，系統運行穩定、可靠。

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