如何检测首次充电的锂电池的剩余电量

当前，在设计电子产品时，它们通常由电池供电. 使用电池电源时，用户需要关注电池的当前状态，例如手机，笔记本电脑等可以实时显示当前的电源状态. 锂电池是整个灾难应急救援舱的能源. 因此，实时监视剩余电池电量非常重要. 为了达到上述要求，本文提出了一种基于DS2438智能电池监控芯片的电池电量监控系统，该系统可以对剩余电量进行实时监控，并将测量数据传输到主机. 该系统具有高稳定性和低功耗的特点. 经过测试，该系统符合灾难应急救援舱的基本要求

1系统硬件设计

1.1系统硬件的总体结构

灾难应急救援室中使用的电池是锂电池组，其中包括十个串联的山若锂电池. 当此系统监视的锂电池组为75A时，电压为24V，最大电流为15A. 传统的电池电量测量方案是在单个电池上安装传感器来分别测量每个电池的电量信息，然后使用开关进行分段环路检测，最后计算出整个电池组的电量信息. 缺点是测量周期长，硬件电路复杂，稳定性差

测量解决方案是将整个锂电池组当作一个监视单元，使用电流变送器将大电流转换成0-20mA的小电流信号，然后使用DS2438智能电池监视芯片放电电流，端子电压和剩余功率的测量. 硬件系统由监视模块，控制模块和通信模块组成. 监控模块是系统的核心，由DS2438及其电路组成. 控制模块采用ATmega16微控制器，具有运算速度快，片内资源丰富的优点. 通信模块使用RS232串口与上位机进行通信

1.2 DS2438智能电池监控芯片

DS2438芯片是MAXIM推出的新一代智能锂电池监控芯片. 它集成了数据收集，信息存储和女性多合一保护. 具有功能强大，硬件接线简单的特点. 它可以完成对电池当前状态的监视. ，包括监视当前电池的充电/放电状态，电压，电流，温度和剩余容量. DS2438芯片可以自动收集这些数据并将其放入内存中

1.3系统硬件电路的工作原理

系统控制器使用ATmegal6单片机，该单片机在系统中具有16 KB的可编程Flash. 512 BEEPROM，1 KBSRAM，32个通用I / 0端口和32个通用工作寄存器；其JTAG接口用于边界扫描，支持片上调试和编程；外设包括3个具有比较模式的定时器/计数器，片上/外部中断，可编程串行USART，具有启动条件检测器的通用串行接口，8通道10个具有可选差分输入级可编程增益的10位ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器如何检测充电电池，一个SPI串行端口以及可以通过软件选择的6种省电模式

CHS-20ADS / AO是一款电流变送器，可以将20 A的电流转换为0-20mA的标准信号

R1是采样电阻； R2和C1组成一个低通滤波器，可以消除电流尖峰的影响，从而使蓄能器正确地反映出从电池流入电池的总电荷. DS2438检测采样电阻R1两端的电压，以获得电流和剩余容量的放电数据； R3和R4是3: 1分压器电路； DS2438通过检测R4两端的电压来获得电池的端电压. J1是连接到负载的插座

系统上电后，首先初始化DS2438. DS2438内部有10个大型A / D转换器，输入为Vad端. 当单片机将采集电压控制命令发送到DS2438时，ADC工作并将Vad端子上的测量电压存储到DS2438的电压寄存器中. 在Vad端子上可以测得的最高电压是10.23V，因此在DS2438分压器电路之前增加了1: 3. 小电流测量需要微控制器发出控制命令. DS2438每27.45毫秒测量一次Vsens和Vsens之间的压差（Vsens = Vsens-Vsens），然后将其转换为DS2438中存储的电流寄存器. 电池的剩余容量可以通过电流累积寄存器（ICA）的值获得. DS2438通过累积流过R1的电流来监控锂电池的放电容量. DS2438自动测量电池电流后，将更改ICA值. MCU等待采样后，读取相应寄存器的数据

2系统软件设计

2.1主程序设计

为了满足系统的可扩展性，系统使用单片机串行中断模式访问DS2438以收集电池参数. 首先初始化微控制器的序列日期，当主机通过序列日期向微控制器发送命令A时，电压标志被设置为读取电压；当主机发送命令B时，当前标志被设置为读取当前；当主机发送命令C时，电源标志设置为读取电源. 最后，单片机通过串口将数据发送到上位机

2.2剩余电量的子程序设计

Yan Yu DS2438是单个总线芯片，必须在每次RAM操作之前执行ROM操作. 当执行读取剩余功率的子程序时，首先调用存储的数据，并将EEPROM / SRAM中的数据复制到暂存器；然后，执行磁珠scralchpad操作以读取暂存器中的数据. 最后使用电池. 总电量减去累计消耗的电量即可得到当前剩余电量. 剩余电量收集子例程的流程图如图5所示. 放电电流和端子电压的收集与剩余电量的收集类似

3通信模块设计

电池电量监视系统和主机之间使用RS232串行通信. 主机将指令发送到电池电量监控系统，系统执行相应的操作，然后将测量数据发送到主机. MCU本身提供了一组全双工串行传输接口. TXD引脚发送数据，而RXD引脚接收数据. 但是，由于其工作逻辑电平为TTL电平，因此MCU与主机之间的数据通信必须经过RS232信号电平转换. 该系统使用MAX232电平转换芯片如何检测充电电池，只要添加4个电容器即可完成电平转换. 硬件电路如图6所示. 其中，MAX232芯片的9,10英尺连接到单片机，J2是通信接口，可以与主机通信.

完成该系统的设计后，将其安装在灾难应急救援室中，并使用车载电子系统实时监控剩余电量，并在显示屏上显示剩余电量百分比和续航时间. 主机屏幕以供用户参考. 到目前为止，监测效果良好，放电时间与实际定时测量结果一致

本文基于DS2438智能电池监控芯片设计并开发了电池剩余电量监控系统，该系统可实时监控电池组剩余电量并传输测量数据. 该系统结构简单，稳定性高，扩展性好，实用性强

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