基于AD7280A的电池管理系统（DIY完成）

sjl2001

基于AD7280A的电池管理系统（DIY完成） [复制链接]

 

   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：
https://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，https://bbs.eeworld.com.cn/viewthread.php?tid=299570&page=1#pid1163414
上几张图片吧
印刷电路板

焊好的板子

显示电压

调试波形

icd2调试图

调试全家福，icd2，电池，板子

        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 ]

king441400

看起来很不错的样子，不知是不是~

jishuaihu

恭喜！！我的还没有什么进展呢！

sjl2001

加油啊  还有时间的  期待你的作品～

辛昕

威武啊。
板子看起来很漂亮的说。

sjl2001

飞线有两条，我用刀片隔断的  在后面飞线了  嘿嘿

chunyang

呵呵，祝贺楼主了。

sjl2001

谢谢无私支持

kkloving

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。

sjl2001

这孩子不错 呵呵 以后有出息

sjl2001

         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TI的536，linear的6803，还有就是ADI的AD7280A。6803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 ]

npllk

做得不错，继续努力

pitt.tian

哈哈，楼主作品不错，支持下。。。

xiaobo881221

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……

xiaobo881221

支持您……向您学习:carnation:

mintist

下了留个名~~~
备着~~~

jsongyan

黄勇华

谢谢楼主的无私。。。。。。。

江汉大学南瓜

电池管理系统，板子画的很漂亮，diy的很厉害