电动通用飞机动力锂电池监控系统设计分析

李亮

摘 要：随着现代社会的发展，尤其是科学技术和社会经济的发展，电动力通用飞机记载动力的研究与与之前相比获得了巨大的发展和进步，并且由于其所使用的锂电池控制电路结构十分复杂，并质量体积是比较大的，采集使用的精度是比较低的，并在使用的过程中电路本身的功耗是比较大的，由于这些问题的存在，因此这就严重的限制了锂电池在通用飞机上的应用。正是由于这种情况的存在，因此笔者主要是对电动通用飞机动力锂电池监控系统的设计进行分析研究，希望通过本文的阐述为锂电池监控系统的设计提供一些建议和借鉴，促进我国这方面的研究和进步。

关键词：电动；通用飞机；动力；锂电池；监控；系统；设计；分析

随着现代社会的发展，对能源的需求越来越大，并在这个基础上传统的能源消耗严重，并在使用的过程中造成了严重的环境污染，例如是煤炭能源的使用对环境产生了较大的污染，因此在这个过程中能源的危机逐渐的出现。而且在现代社会，随着人们生活水平的提高，对环境方面的重视也逐渐的提高，因此在生活中就需要使用一种新能源来代替传统的能源，例如是风能源、天然气能源以及太阳能等在现代社会的应用逐渐的增多，除斥之外，锂电池作为能量密度高、使用寿命长以及单节电池电压高等各种各样的优点，在现代社会的发展中逐渐的还曾为了市场主流电池产品，越来越受到社会的关注。尤其是在现代社会，随着电动汽车、电动自行车、电动飞机等在人们生活中的应用越来越普遍，多节锂离子电池串联的高压电池组作为代替燃料的绿色能源，在人们生活中和工作中的应用越来越普遍。

1 动力锂电池的特点。

在现代社会，动力锂电池的发展是十分迅猛的，并起在人们生活和工作中的应用范围越来越普遍。就目前来说，动力锂电池主要是作为动力能源应用，平常是需要100只左右的电芯进行串联。但是如果我们在工作的过程中使用传统的电池工作状态来采集芯片的话，这样芯片的数量比较大，成本也会随着增加。并且如果在电动力通用飞机所需要的电池电压较高，而且电流大，对采集精准度的要求较高，在对加大的设计的难度。因此笔者就主要是针对存在的实际情况，在此基础上对电动通用飞机动力锂电池监控系统进行设计分析。

2 对于硬件的设计分析。

2.1 硬件设计框图与相关原理分析。

笔者在设计的过程中主要是以TI 公司生产的32 位定点 DSP 芯片 TMS320F2812 来作为研究的主芯片，这主要是由于其公司生产的芯片在控制应用的过程中具有高性能、而且功能也是比较多的，并且使用其的性价比也是比较高的，除此之外，由于其具有SPI、SCI、ADC等丰富的接口，因此使用TI 公司生产的32 位定点 DSP 芯片 TMS320F2812芯片是可以完全满足电动通用飞机动力锂电池监控系统的相关要求。笔者在设计的过程中相关的方面主要是包括以下的几个方面，分别是采集模块、数据传输模块、显示模块。对于采集模块来说，每个模块式可以测量电池组的电压、电流以及温度值的，并在这个过程中还可以不断的扩展采集的模块，甚至是可以将多个采集的模块逐渐的扩展为16个采集模块，满足系统的要求。并且在这个过程中控制均衡电路对电池组要进行电阻均衡，主控芯片将读取到相关测量数据需要经过内部的处理，并且在处理之后还需要通过Wi-Fi 对其进行传输，将其发送到 LCD 进行实时显示。针对上述情况，笔者在系统设计的时候，主要是包括监控单元和显示单元这连个部分，对于监控单元来说其主要是采集电池的状态信息，并且将其采集到的信息通过Wi-Fi发送模块发送出去，而对于显示单元来说，其主要是将Wi-Fi 接收模块接受到的相关数据及时的显示出来。

2.2 单体电压与温度采集电路分析。

笔者在设计电动通用飞机动力锂电池监控系统的时候，对单体电压和温度采集电路分析设计的时候，主要是使用LTC6802-2 ，其是一个完整的电池测量，主要是包括一个 12 位ADC、一个精确的电压基准、一高压输入多路复用器和一个串行接口。我们使用LTC6802-2 对电池进行测量的时候，其测量是可以12个串联连接的独立电池单元一起进行测量。并且由于LTC6802-2 具有专有设计的能使多个 LTC6802-2 能串联的叠置，因此这个过程中我们是不需要使用光耦合器或者是隔离器，就可以对长串串联连接电池中的每一节电池进行精确的电压监视。

2.3 电池组总电压、电流采集電路分析。

笔者在设计的过程中，TMS320F2812 共有 16 个 12 位 A/D 输入通道，因此我们进行单独配置的时候是可以将其设置为两个独立的8通道，对于总电压来说不需要使用精度十分高的，但是在使用的过程中出现的误差也不能太大。由于笔者所使用的TMS320F2812 的 ADC 模块输入电压为0～3 V，因此在这个过程中就需要配置一个电阻来进行分压，这样就使得采样的通道不断的减少，并且在这个过程中采样的频率也是比较高的。对于电动通用飞机动力锂电池监控系统的安全性来说，电流的采样精度对其有着重要的影响，正是由于这样的因素，笔者设计的时候主要是使用霍尔型电流传感器，由于其采样的精度是比较高的，因此可以满足系统的相关要求。除此之外，对电源进行管理的系统中，由于电压和电流的检测容器是很容易收到电磁干扰的，而且模拟电路的抗干扰性是比较差的，因此这就需要我们在设计的过程中加入滤波器，将一些高频的信号变化滤除，笔者在实际的过程中主要是使用 LM358 作为A/D 滤波调理电路。

2.4 SPI 总线电路分析。

由于在电动通用飞机动力锂电池监控系统设计的过程中，每个监控模块的飞机动力锂电池的电位是不相同的，因此这就需要我们使用隔离器在数据传输线上进行电气隔离，LTC6802-2 串口通信频率为 1MHz，笔者在设计的过程中主要是使用 ADUM1411作为隔离器，由于它的频率范围主要是在1～10 MHz之间，因此可以满足电动通用飞机动力锂电池监控系统设计的要求。

3 软件设计分析。

笔者对电动通用飞机动力锂电池监控系统进行设计的时候，除了进行硬件的设计外，还进行了软件设计，在软件设计的过程中主要是在主控芯片与 LTC6802-2 之间进行了 SPI 通信，这是软件设计过程中作为关键和重要一个步骤，这主要是由于只有这样才能够对通信的可靠性进行较好的保障。并且对于主控芯片来说，这样才能够控制 LTC6802-2 进行电芯电压、温度采集以及控制均衡电路的开启和关闭。并且由于在使用的过程中，LTC6802-2 是支持可寻址，因此在使用的过程中就大大简化了对其操作的相关代码，仅仅是需要通过 SPI 总线发送的数据包中加入目标地址就可以了。之后对需要对各个采集的单元发送相关采集的命令，并需要执行相关采集的任务，并且在完成采集任务之后需要LTC6802-2 将各个数据发送到主控芯片，这样经过其处理之后的数据就可以直接在LCD 进行实时循环显示了。

参考文献

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