基于MSP430单片机具有多项选择功能的串联电池组检测装置设计

基于 MSP430单片机具有多项选择功能的串联电池组检测装置设计
摘要：能源短缺环境污染已成为全世界重点关注的问题，加速开发推广应用
以电
动汽车为代表的新能源汽车已成为全球环保方面的“高边疆”。

测量是电池
组的“体检”，是电池组寿命延长的关键，也是用户安全的保障。

电池组大多由
多节相同电压的单体电池串联而成，但在使用过程中经常会出现单个电池的损坏，从而影响整个电池组的使用安全。

因此需要对电池组进行高效的诊断，及时更换
受损电池，达到电池组使用安全和延长电池组使用寿命的目的。

如何快速的测量
任意单体的电压、电流、温度等重要数据是分析电池组状态的关键。

本文以
MSP430单片机为核心，运用CD4051多项选着开关与LM358芯片等构成具有多项
选功能的串联电池组单体电池检测电路。

进行matlab仿真设计，并搭建出了试
验性原型装置，验证了本设计的可行性。

本装置可通过按钮选折，快速读取任意
单体电池的电流、电压、温度等参数。

关键词：MSP430单片机参数采集电池组测量故障诊断
大创项目名称：基于双神经元PID优化的动力电池寿命预测装置
项目号：202111437019
引言：
单体电池的不一致性是导致电池组寿命大幅度减小的关键问题，也严重影响
了电池组的使用安全。

为分析电池组的状态，本文所设计的装置能快速选取并测
量由N节电池串联而成的电池组中任意单体电池的温度、电压、电流等关键数据
并显示。

本装置使用MSP430单片机作为核心，在未使用时还可进入休眠模式降
低装置能耗。

1.工作原理
通按钮控制单片机选折测量不同单体电池的温度、电压、电流等关键数据，
显示出来并上传数据。

根据后续数据分析，判断电池组是否故障，筛选出损坏的
单体电池。

2.系统设计
使用MSP430单片机作为系统核心，通过按钮控制CD4051多项选择开关选折
待测单体电池。

然后将电池的电压信号用LM358芯片所构成的运放电路缩小至单
片机IO口能识别的电压范围（0-2.5v），最后在12864液晶显示屏上显示并通
过串口上传数据。

电池组测量装置硬件技术框图如图1所示。

2.1 MSP430单片机
MSP430F149单片机是一款16位低电压、超低功耗单片机，具有休眠功能，
能快速苏醒。

12位ADC，可以得到很高的进度，并且具有内部参考电压。

是一款
非常理想的控制芯片，活跃状态下高精度采集，休眠状态下节约能耗。

2.2 CD4051多项选择开关
CD4051逻辑电平转换电路，相当于单刀8掷开关，是一款八选一的模拟开关。

内置（A0～A2）三个地址选折端，可通过单片机控制ABC3位地址码选着接通引脚，低电平有效的使能输入端，通过按钮经单片机处理后控制CD4051的接通引
脚从而实现不同单体电池的选择。

2.3电压与电流的测量
单体电池电压由即电池两端电压差，利用LM358芯片构成运放电路将电压信
号缩小至单片机IO口可识别的电压范围（0-2.5V）。

再利用多项选择电路选取
待测电池两端电压，通过减法器计算直接输出待测单体电池电压；因为电池组采
用串联方式连接而成，通过串联采样电阻，采集电阻两端电压差，在通过单片机
处理计算得出电流。

电压测量电路原理图如图2所示。

2.5 DS18B20温度测量
DS18B20温度传感器独特的一线接口，具有单线多点功能，无需格外的外部元件，简化了使用方法，测量温度范围为-55℃至+125℃。

测量结果以9~12位数字量方式串行传送。

通过在每节电池池体旁放置DS18B20，利用单片机计算处理得出实际池体工作温度。

图1电池组测量装置硬件技术框图
图2电压测量电路原理图
3.程序模块
程序采用C语言编写，由多个子程序以及一个main()函数构成，在初始化系统后，执行键盘扫描程序，当按键按下时读取并显示对应电池池体电压、电流、温度。

最后执行上传数据重新扫描键盘。

程序运行流程图如图2所示。

图3程序运行流程图
4.实际电路搭建
根据设计方案与实际情况，以MSP430单片机为核心搭建了串联锂电池组数
据采集平台，操作人员可通过按钮选折测量待测单体电池数据对电池组进行监控。

电池组测量装置硬件实物图如图3所示。

图4电池组测量装置硬件实物图
5.结论：本文提出了一种基于msp430单片机的具有多项选择功能的串联电
池组检测装置设计，可以通过按钮选择，快速读取由N节电池串联而成的电池组
中任意单体电池的电流、电压、温度等参数。

进而判断电池组是否发生故障，在
实际系统中，如果及时更换电池组中损坏的电池可以有效延长电池组寿命并提高
电池组的使用安全，避免过多的经济损失。

参考文献
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阳理工大学学报.2011.
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明廷日,邓鹏,马雪芬.基于msp430单片机的温度采集系统设计[J].仪器仪表用户.2018
L朱浩然（2000.12-）男，重庆人，本科在读，研究方向：电力电子。