STM32的多通道锂电池充放电测试系统

1、零碎的硬件设计
本零碎采用STMicroelectronics公司所消费的高性能、低功耗、高性价比的STM32F429作为整个零碎的控制器，经过SPI（serialperipheralin-terface）总线以及SMBus（systemmanagementbus）总线辨别与电流、温度、电压检测模块通讯，经过普通IO引脚控制充放电回路的开断，完成相应的维护功用，并且将采集到的数据经过串口转USB模块发送给上位机电脑，经过上位机完成采集数据的实时监控和数据分析与处置，零碎结构图如图1所示。本零碎拥有8个独立监控通道，每个通道能监控1～8节锂电池的充放电形态，并且通道1和2、通道3和4、通道5和6、通道7和8还可两两组合，完成监控9～16节串联的锂电池组。

基于STM32的多通道锂电池充放电测试零碎

零碎的硬件设计次要包括锂电池电压检测模块设计、温度检测模块设计、电流检测模块设计以及充放电维护功能模块设计。

1.1、电流检测及充放电控制硬件设计
电流是锂电池组充放电形态的重要参数之一，是直接判断能否呈现过流的根据，同时也是安时积分法预算充放电总量的重要参数，所以电流检测精度直接影响到充放电量的预算以及充放电数据的处置和剖析。由于便携式电动工具所用的锂电池包容量、型号以及功能上的差别，零碎中的电流检测模块必需具有通用性。本零碎采用双量程的电流检测方案设计，这样既保证了在小电流和大电流状况下的检测精度，也进步了零碎检测电流大小的才能。思索到闭环霍尔电流传感器具有测量静态范围宽、测量精度高、响应速度快和隔离测量的特点，所以本零碎各个通道均采用一个闭环电流霍尔传感器MMI-200B来完成充放电电流的采集。锂电池充放电电流Ip为原边电流从MMI-200B传感器通孔输出，副边输入电流/out与ID的关系为：

n&mes;Ia=K&mes;/Ion．（1）

式中，K为比例系数，其大小与霍尔传感器型号有关，MMI-200B中K=1000；n为原边线圈的匝数，本零碎n=2。

经过测量采样电阻上的电压，即可测得充放电电流Ip的大小。零碎为了保证在大小电流状况下的检测精度，经过主控芯片STM32的IO引脚的高低电平来控制三极管的通断，从而控制继电器G6K-2P的开关形态选择阻值不同的采样电阻，再经过具有两路差分输出的高精度、24位ADC芯片ADS1247停止AD转换，主控芯片经过SPI总线读取各个电流检测模块的ADC芯片的转换值，计算出各个通道的充放电电流大小。

基于STM32的多通道锂电池充放电测试零碎

锂电池充放电控制结构如图2所示。思索到若采用充放电负极别离控制电路，锂电池组正极直接与充电器或负载正极相连，当锂电池组节数较多，总体电压较大时，存在损坏充电器或负载的风险。本零碎采用充放电正极别离控制电路，即电池组、充电器和负载的负极坚持衔接，锂电池正极经过两路PMOS开关电路辨别与充电器和负载正极相连。充放电控制电路构造基本一致，充电控制电路图如图3所示。

基于STM32的多通道锂电池充放电测试零碎

1.2、电压检测硬件设计
电压是锂电池组充放电形态的重要参数之一，是检测电池能否损坏直观的参数，只要检测到足够的电压值，才干判别出充放电进程中电池能否过度充电或放电，及时启动零碎维护功用，中止对锂电池组的充电或放电。本零碎选用凌特公司的多节电池组监控芯片LTC6804-1，可测量多达12节串联电池的电压，同时还可以经过菊花链把多个LTC6804器件串接起来，完成测量12节以上串联电池电压的功用。

本零碎共运用8个LTC6804-1电压检测模块，每个电压检测模块担任一个通道多8节电池电压的测量，其中，通道1与通道2、通道3与通道4、通道5与通道6、通道7与通道8的电压检测模块均采用菊花链级联衔接，因而，在通道组合状况下，可以测量多达16节电池电压，电压检测构造如图4所示。

基于STM32的多通道锂电池充放电测试零碎

1.3、温度检测硬件设计
锂电池对温度范围的要求很高，通常状况下，其理想的工作温度范围在20℃～35℃，当温度超越40℃后会影响电池的使用寿命，当温度低于0‘C会影响电池的充放电功能，当锂电池在过充阶段和过放阶段时，其温度也会分明上升。因而，实时监控充放电进程中电池温度才干更好地选择适宜的充放电战略，愈加及时地维护锂电池。

零碎采用一种双探测器锂电池表面温度检测办法，来确保锂电池温度在发作渐变状况下，温度检测可以及时呼应，并且统筹较高的温度检测精度，避免在极端测试条件下损坏锂电池。检测硬件包括PT1000铂热电阻温度传感器、热敏电阻转换模块、MLX90614红外温度传感器、SMBus缓冲模块以及主控芯片STM32。热敏电阻温度检测可以获取较高的温度检测精度，但其温度检测需求电池与热电双探测器温度检测构造如图5所示。

基于STM32的多通道锂电池充放电测试零碎

2、零碎的软件设计
2.1、下位机软件设计
本零碎下位机软件流程如图6所示。下位机共开启了两处中缀功用，一是串口接纳中缀，其目的是将上位机发送的命令存储在一个环形数组中；二是定时器中缀，定时器每隔50ms触发中缀，并将tt置1，顺序经过不时查询tt值来决议能否停止采样。零碎在次运转时会停止零碎的初始化，并完成与上位机的通讯握手，随后在有限循环中运转。在整个循环进程中，下位时机不时解析环形数组外面的数据即上位机所发送命令，一旦有定义好的命令被解析出来后，就会停止绝对应的操作，如配置通道1的充放电形态、通道1的维护参数，开启或封闭通道1采样等等。随后，经过判别变量tt值能否为1，从而选择能否进入采样、维护功用函数并将tt清零，count值加1，等候定时器刷新tt值停止下采样。当count值等于mulTIple值时，零碎就会将采样数据发送给上位机。mulTIple值由上位机发送特定的命令修正，经过改动multiple的值，即可控制下位机发送数据的距离，工夫为50ms的multiple倍，上位机将下位机传送的数据保管并实时显示出来。

基于STM32的多通道锂电池充放电测试零碎

2.2、上位机软件设计
零碎上位机软件是基于PyQt库设计的，运转软件后，零碎将处于设备查找形态，等候下位机呼应后，零碎进入主界面停止锂电池充放电测试，主界面如图7所示，能实时显示各节电池单体电压、通道总电压、通道电流通道温度、充放电电量、维护参数以及测试工夫等。

3、测试后果
在实践测试进程中，运用BOSCH18V5.0Ah的锂电池包作为充放电电池，大功率电子负载作为放电负载，经过不时改动电子负载放电电流，辨别对8个通道停止测试。其中，通道3的测试数据如表1所示。

基于STM32的多通道锂电池充放电测试零碎

验证零碎的检测精度到达要求后，应用BOSCH公用充电底座对锂电池停止充电，系统监控整个充电进程并自动绘制充电曲线如图8所示。从图8（a）可知，BOSCH充电器选择的充电阶段大致分为两个阶段，在电池充电的阶段，电池温度是持续上升的；第二阶段，由于充电电流不时减小，温度慢慢减低。从图8（b）可知，充电完毕时，充电电量为4.95Ah，与电池容量5Ah相符；电池电压随着充电的停止不时上升。从图8（c）可知，零碎运转波动，可以实时精确监视电池的形态，电池组可以牢靠、平安地任务。

基于STM32的多通道锂电池充放电测试零碎

4、结束语
本文提出和设计了一种基于STM32的多通道锂电池充放电测试零碎，可以精确监视和记载锂电池组的形态，同时提供过充、过放、过温等维护。零碎的电流检测设计采用双量程的设计方案，完成了小电流以及大电流检测的高精度，温度检测采用双探测器相结合的检测方案，取得了精确的温度采集以及对过温或高温的疾速维护。本零碎具有测试通道多、集成度高、精度高、量程大、反响快、抗干扰等优点。该设计的不足之处在于零碎虽然支持组合形式，但多也只能测试16节电池组的充放电。

深圳IC芯片代理商、芯片半导体代理公司认准承业兴，华强北20年元器件BOM配单公司,月出货量50万-1000万PCS,所有IC元器件产品信息云端存储,可配套提供产品编带、烧录、激光去丝印等服务。