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基于AD7280A的电池管理系统(DIY完成)

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五彩晶圆(高级)

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发表于 2011-9-1 08:52:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
   为时两个多月的ADI实验室电路DIY已经过去大半了,只剩下最后的几天时间了,我的《基于AD7280A的电池管理系统》也接近尾声,在这两个月的时间里,我从了解adi实验电路到最终制作pcb和调试,都得到了EEWORLD网友和版主的大力支持,尤其是soso姐,在开始申请样片的时候费了不少心血,还要特别感谢youki12345和chunyang,感谢youki12345百忙之中抽出时间替我解决了样片这个大问题,感谢chunyang在spi调试时给我的中肯建议。再一次对在设计和实验过程中对我提供帮助的朋友表示感谢!
    下面说一下我的这次设计的芯片ad7280a的一些想法。
    我本身是做电池管理的,所以对adi出品这么一款芯片十分欣喜,市场上同类产品有,但是数量很少,在调研阶段,我发现adi的7280a的ad转换速度占有一定优势,按照数据手册的说法,12位精度的ad转换,48节电池完成转换,仅需要7us,这是同类产品无法达到的。另外,这款芯片采用电池直接供电,8-30V宽输入电压,理论精度在正负1.6mv,温度范围也很宽,足够汽车级应用。值得一提的是,这款芯片拥有6路电压和6路温度采集,温度的采集通道的数目同类产品中占优势。当然,在使用阶段,也发现了一些不顺畅的地方,比如spi的通信方式,之前接触的spi都是单独上升或者下降沿传送数据,但是这款芯片,一个clk内就要求完成收发,的确,这样大大节省了数据的传输时间,但是与之配合的单片机真的不多,我这次采用的是pic的pic16f876a,没有匹配的spi功能,最后只能模拟spi,这款芯片的速度优势就很难体现了。后来我和adi的技术联系过,想让他们推荐一款具有同步收发功能的单片机或者dsp,blackfin系列DSP都具有这种spi接口,今后的设计中可以考虑。对于电池的均衡,这款芯片也考虑了,但是选用的是耗能型的均衡策略,能量白白消耗在电阻上感觉有些不合适,但是必须承认,同类芯片也是这么做的,非耗能均衡也是目前研究的方向。毕竟用电阻放电均衡,存在电阻温度,体积和安全性的问题。
下面说说我的设计思路
电池管理系统大的方向讲,在电动汽车和混合动力汽车中必不可少,必须对电池进行检测,才能保证电池正常充放电,防止过充和过放,延长使用寿命,保证续航里程。从小方面看,电子设备,比如笔记本电脑,mp4,视频播放器等等,也存在这方面的问题,同样需要对电池进行监测,合理充放电。正是出于这种考虑,我在adi实验室电路中选取了这款芯片进行这次DIY。对于电池的监控可以包括电压,温度,电流,深层的还有soc和soh。但前三个方面是重点,尤其是电池的电压,现在检查电池组的电压已经不足以保证监控精确程度和安全。而这款芯片集成的ad,spi,6路单体电压检测等功能,大大的减小了体积,以前庞杂的工作,在这款芯片上变得很简单。精度也很高。本次设计的总体思路就是利用这款芯片对电池电压进行采集,替代之前的隔离,ad切换等复杂的工作。为电池管理系统提供可靠的前端采集,同时,也通过mosfet对电池进行放电均衡,保持电池一致性,防止危险发生。通过实时显示,报告电池状态,如果有异常情况及时LED报警。
说说我在完成过程中的情况
这个过程可以分为设计和后期调试,在设计阶段,主要是在假期对datasheet资料进行了熟悉,然后综合考虑成本和实用性进行选型,最后形成原理图和pcb。一些设计中的感悟,在第一次汇报贴中写了很多,这里就不多说了:
http://bbs.eeworld.com.cn/viewthread.php?tid=298278&page=1#pid1150274
调试阶段,我主要是看了spi部分,由于特殊的spi结构,我首先是用pic自带的spi,经过尝试,不行,后来就自己写spi模拟程序,最后终于调通了。由于实验室电池资源有限,就用了4个镍氢1.2V和一个锂电池3.6V进行实验。这是第二阶段的调试感悟,http://bbs.eeworld.com.cn/viewthread.php?tid=299570&page=1#pid1163414
上几张图片吧
印刷电路板

IMG_0005.JPG
焊好的板子

IMG_0014.JPG
显示电压

IMG_0018.JPG
调试波形

IMG_0010.JPG

icd2调试图

调试图片.JPG
调试全家福,icd2,电池,板子

IMG_0008.JPG

        视频地址:



         最后,感谢adi和eeworld提供这么一次diy的机会,能让我在炎热的假期找到一些属于自己的事情做,在这个过程中,体会到设计带来的艰辛与乐趣,最主要的是增长了设计的见识,设计中难免出现这样那样的问题,调试中也难免出现这样那样的错误,只有尝试,体验了之后才不会犯同样的错误。我深信,炊烟袅袅间,一个个冒着焊锡烟雾的工程师成长起来!
      对于我的这次设计,实现了电池管理的基本功能,可以为一些核心功能比如能量转移型均衡、soc估算和内阻测试提供重要的数据来源,就目前发展前景来说,电动汽车和混合动力汽车的电池管理系统也是逐渐受到关注的,所以,综合以上,我觉得,从这个设计出发,今后要走的路还很长。
预祝本次活动成功! 电子设计大赛的兄弟姐妹们取得好成绩!


[ 本帖最后由 sjl2001 于 2011-9-2 12:26 编辑 ]

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点评

http://www.ysl-5a.com/ 好看的H小说阅读推荐  发表于 2015-4-1 22:45
谢谢分享!  发表于 2014-6-30 14:30
楼主不错,学习了  详情 回复 发表于 2013-7-25 14:41

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一粒金砂(中级)

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发表于 2011-9-1 09:16:47 | 显示全部楼层
看起来很不错的样子,不知是不是~

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裸片初长成(初级)

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发表于 2011-9-1 11:48:05 | 显示全部楼层
恭喜!!我的还没有什么进展呢!

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五彩晶圆(高级)

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 楼主| 发表于 2011-9-1 14:20:47 | 显示全部楼层

回复 板凳 jishuaihu 的帖子

加油啊  还有时间的  期待你的作品~

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发表于 2011-9-1 22:02:50 | 显示全部楼层
威武啊。
板子看起来很漂亮的说。
无历史,不传奇,不号召
初九,潜龙勿用

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五彩晶圆(高级)

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 楼主| 发表于 2011-9-1 22:06:35 | 显示全部楼层

回复 5楼 辛昕 的帖子

飞线有两条,我用刀片隔断的  在后面飞线了  嘿嘿

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发表于 2011-9-3 05:33:27 | 显示全部楼层
呵呵,祝贺楼主了。

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五彩晶圆(高级)

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 楼主| 发表于 2011-9-3 09:35:16 | 显示全部楼层

回复 7楼 chunyang 的帖子

谢谢无私支持

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一粒金砂(中级)

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发表于 2011-9-3 22:11:38 | 显示全部楼层
炊烟袅袅,焊锡的炊烟。。。电子工程师活得不容易啊。。。有目的有想法有实验有结论有成就又增添了经验值,好孩子啊。

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 楼主| 发表于 2011-9-4 12:51:54 | 显示全部楼层

回复 9楼 kkloving 的帖子

这孩子不错 呵呵 以后有出息

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五彩晶圆(高级)

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 楼主| 发表于 2011-9-17 12:37:55 | 显示全部楼层

ADI实验室电路设计活动的总结


         从设计之初到现在已经过去了2-3个月的时间,在这段时间里,从设计到做板再到调试,都给我留下了深刻的印象。在即将结束的时候,想总结一下我所参与的这次活动,谈一谈从中得到的一些体会和今后努力的方向。同时,也有对ADI实验室电路的一些思考。

1、设计的初衷和要达到的目的

    目前,大到新能源汽车,小到移动设备供电,大多都选择锂离子电池作为供电来源。在享受电池带来的方便的同时,也经历了整车烧毁甚至电池爆炸带来的悲剧。电池固然有他的优点,但也不是尽善尽美的,也需要管理,所以电池管理这个概念就油然而生。电池管理从最早的模拟电路已经走到了今天的集成化,我所知道的就有三家大厂,已经出品了集成化很高的管理芯片,比如TI536linear6803,还有就是ADIAD7280A6803我用过,536还没有机会尝试,在看AD7280A的实验室电路CN0197的时候,我被吸引了,从功能上看,adi的产品无论在体积和性能上都远远好于6803,这也是我这次参加活动的初衷,一方面希望通过ADI实验室电路来了解和应用AD7280A,应用到今后的设计中;另一方面,在短期之内锻炼自己分析问题和解决问题的能力。在看过实验室电路CN0197之后,结合我目前掌握的知识,我有了短期和长期的两个目标,短期目标就是通过这次比赛,利用实验室电路,作出一套能够实时准确采集电压的装置,同时还可以实时显示各个电池单体电压,必要时可以进行均衡(我对均衡还有别的认识,后面会提到),故障时可以进行报警。设计之初是想做一个给小型设备用的检测模块,所以选用了一片AD7280A来做6节锂电池的监控。长期目标就是在活动之后,将这部分作为电池管理系统的采集部分应用到实际应用中。从目前来看,短期目标已经完成,希望在赛后可以真正的投入实际应用。

2、参加这次活动的感受

   这次活动为期比较长,从刚开始的样片申请到后来的样机调试,都是在一种大家共同进步,共同克服困难的气氛中进行的,这个氛围是我比较享受的,也是我参加这次活动的额外收获。ADI实验室电路这次活动给了我们这些有想法的人一个展示的平台,让我们可以把想到的做成实际的东西,甚至有可能成为今后的产品,在看网友的进度帖的时候也会对他们的作品心存羡慕,也会对他们在设计和调试阶段遇到的问题感同身受,也会对他们提出的问题进行思考。感觉这次活动的参与者和主办者组成了一个大家庭,是大家集思广益共同发展的精神家园。这段时间养成了习惯,每天关注各位网友是否有新的更新,是否有新的照片和视频发布,是否能根据自己的经验为网友提供帮助。我想,这也是本次活动要达到的一个目的。

3、对于ADI实验室电路的一些想说的话

    刚接触ADI实验室电路的时候就有耳目一新的感觉,感觉像是ADI 的专家把他们实验验证通过的电路摆出来,供大家分析,应用。在我参加的这次活动中,从我所应用的CN0197电路可以看出这记者的的良苦用心,更可贵的是,还提供了中文资料,这也是很多公司的芯片资料无法做到的。就我所用的这款芯片来说,有优势也有不足,AD7280A和同类产品相比,我觉得最大的优势就是多电压采集和多温度采集,同类产品电压采集可能多于6个,但温度采集没有做到6路的,这是一个亮点。高精度AD转换器可达到12位。最多可以8个芯片级联,而转换时间只有7Us,其他产品好像要毫秒级才能完成。1.6毫伏的电压测量精度更是同类产品不可比的。这些功能的集成,大大减小了以前模拟电路自己搭接的体积。能看出来,ADI是用心设计的。我在应用之中也体会到几点不足,如果有提的不恰当的地方希望谅解。首先AD7280A最多可以级联8片,检测48个电池,就电压等级来说这些电池供给小型车作为动力来源足够,如果对于客车会有一些难度。其次,之前提到均衡的问题,这款芯片给出的是市场上主流的电阻均衡的解决方案,就是外部需要用mosfet来接功率电阻放电,这种方式最方便可行也最危险,因为电池在放电的过程中会带来热量,热量长时间无法消散就会造成热积累,影响电路板性能,如果热量积累过多可能造成火灾,这是在车上不愿意看到的。从技术角度看,电池是电动车唯一的动力来源,混合动力车还好一些,如果按照电阻消耗式均衡,如果就一节电池能量低,所有电池包都按照这一节电池作为标准,都进行放电,那么这就是很大的损失,以消耗用户能量换来均衡,有点得不偿失的感觉。当然了,均衡方式目前还在研究,如果可能,希望提供pwm输出模式的端口,这样可以有更多的选择。最后,我想说一下这款芯片的SPI部分,在理解数据手册上所述的一个周期内接收和发送数据,感到设计者真的是用心良苦,对于速度的要求真的是考虑到了极点,但是我查阅了一些其他市面上流行的单片机,很少有这种收发方式的,这种方式固然很好,但是是否可以考虑多种SPI模式的选择呢。比如上升沿传输数据或者下降沿传输数据。这样和主流单片机也比较好匹配。像我这次用的单片机就没有这种模式,我就只能手动模拟SPI,能用,但是系统时间浪费比较严重。目前这款芯片,就性能来说绝对是前列的,在现在新能源迅速发展的今天,我相信一定会在市场上分一杯羹的。目前国内销售还比较少,仅限于大客户,像这次还是申请的样片,希望以后能普及开。以上两点是我的一点不成熟的建议,提的不妥的地方希望ADI相关专家谅解。

最后,我把原理图、pcb图还有实验室电路的中文资料以及设计用的到的资料重新发送一次,希望有共同爱好的朋友能够共同讨论。

 

[ 本帖最后由 sjl2001 于 2011-9-17 13:18 编辑 ]

CN0197.pdf

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PCB.pdf

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部分程序代码.rar

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pic16f876a.pdf

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一粒金砂(初级)

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发表于 2011-9-27 14:07:55 | 显示全部楼层

增长见识

做得不错,继续努力

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一粒金砂(中级)

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发表于 2011-10-8 11:59:44 | 显示全部楼层
哈哈,楼主作品不错,支持下。。。

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一粒金砂(中级)

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发表于 2011-12-13 18:04:26 | 显示全部楼层
很酷……前辈,我最近也在设计锂电池充电器及保护方面的电路设计!我去年大专毕业,各方面能力十分欠缺,在公司我是最年轻的电子工程师,这是我的骄傲,但这个环境隐藏的东西太多,我无法看清。今天很荣幸一睹你的辛劳成果,我很羡慕……想向您学习和请教……我的QQ,644821911。如果方便,请给我留言! 羡慕您……

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一粒金砂(中级)

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发表于 2011-12-13 18:05:22 | 显示全部楼层
支持您……向您学习:carnation:

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一粒金砂(初级)

Rank: 1

发表于 2012-2-24 17:58:24 | 显示全部楼层
顶DIY的作品。。支持原创!

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一粒金砂(中级)

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发表于 2012-3-11 19:55:09 | 显示全部楼层
下了留个名~~~
备着~~~

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一粒金砂(中级)

Rank: 2

发表于 2012-3-16 08:39:58 | 显示全部楼层

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一粒金砂(初级)

Rank: 1

发表于 2012-3-19 11:43:04 | 显示全部楼层
谢谢楼主的无私。。。。。。。

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纯净的硅(初级)

Rank: 4

发表于 2012-4-1 10:40:02 | 显示全部楼层
电池管理系统,板子画的很漂亮,diy的很厉害

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