【LPC54114体验申请】+锂电池在线监测系统

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基于LPC54114的锂电池在线监测系统：

锂动力电池是20世纪开发成功的新型高能电池，这种电池的负极是金属锂，正极用MnO2，SOCL2，(CFx)n等。因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，大容量锂电池已在电动汽车中试用，将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一。
单体锂电池工作电压高达3.7V，是镍镉电池、镍氢电池的3倍，铅酸电池的近2倍，这也是锂动力电池比能量高的一个重要原因。因此组成相同电压的动力电池组时，锂动力电池使用的串联数目会大大少于铅酸电池和镍氢电池。此外，锂电池循环寿命长，循环次数可达1000次。以容量保持60%计，电池组100%充放电循环次数可以达到600次以上，使用年限可达3-5年，寿命约为铅酸电池的两到三倍。随着技术的革新，设备的提高，电池的寿命会越来越长，性价比会越来越高。锂电池还没有记忆效应，所以每次充电前不必像镍镉电池、镍氢电池一样需要放电，可以随时随地的进行充电。
锂电池具有以上优良特性，但也存在着安全性问题。锂离子电池的最大的隐患是应用钴酸锂的锂离子电池在过充的情况下（甚至正常充放电时），锂离子在负极堆积形成枝晶，刺穿隔膜，形成内部短路，内部形成大电流，温度上升导致隔膜熔化，短路面积扩大，进而形成恶性循环。此外，外部短路时，由于外部负载过低，电池瞬间大电流放电；在内阻上消耗大量能量，产生巨大热量。由于锂电池内部采用有机电解液，而有机电解液在大电流，高温的条件下会被电解，电解产生气体，导致内部压力升高，严重会冲破壳体。锂电池在大电流和高电压（超过 5V）情况下，正极锂的氧化物还会发生氧化反应，析出金属锂，在气体导致壳体破裂的情况下，与空气直接接触，导致燃烧，同时引燃电解液，发生强烈火焰，气体急速膨胀，发生爆炸。
本项目拟基于LPC54114，开发锂电池在线监测系统，实时采集锂电池的充放电电流、电压，电池电量和环境温湿度、加速度信号，通过信号调理和数据处理，并将数据通过无线模块实时传输至PC或手机，在上位机上判断锂电池的运行状态，并及时报警，确保锂电池的安全运行，同时积累锂电池的运行信息。
根据上文的分析，反应锂电池运行状态最重要的电量信号是充放电电压和电流，因此本项目采用LPC54114实时采集锂电池的充放电电压和电流信号。由于安放于电动汽车上的动力锂电池状态还与环境温湿度、汽车加速度等有关，因此在线监测系统也将实时采集环境温湿度和加速度信号作为参考。
在线监测系统采用上位机+下位机的架构，由传感器单元、信号调理单元、嵌入式系统和上位机构成，如图1所示。

图1 在线监测系统总体框图

在线监测系统下位机通过置于锂电池正极的直流电流互感器或采样电阻实时采集充放电电流信号。信号调理单元实现将锂电池电压、电流信号转换为LPC54114内部模数转换（A/D）单元可以接受的电压信号形式。以LPC54114为核心的嵌入式系统接收该信号，同时接收环境传感器发送的温度、湿度、加速度信号，在进行初步数据处理和必要的存储后，将电压、电流以及环境信息传输至上位机作进一步的处理和诊断。由于锂电池位于车内，因此可采用通信电缆或无线方式进行数据传输，本项目拟采用无线方式传输在线监测的数据。
在线监测系统的嵌入式程序设计将包含以下几个部分：电压、电流数据采集与处理程序、环境数据采集与处理程序、无线数据传输程序。上位机程序将实现对下位机发送数据的接收、显示和存储，便于上位机进行后续的数据分析和故障诊断。


学习计划：

1.        熟悉开发板硬件

2.        跑例程，测试外设模块

3.        编写多路ADC程序

4.        编写温湿度、加速度采集程序

5.        编写LCD显示程序

6.        信号调理电路设计

7.        数据预处理程序设计

8.        无线数据传输程序设计

9.        系统集成与调试

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