【正文】 S18B20，它可以編程 9至 12位的 AD 轉(zhuǎn)換精度，信號變換速度很快，精度很高，適合用來測量電池的溫度和其他方面的要求。 二極管的功能是過載保護，把接口電壓控制保持在 + 和 范圍之內(nèi)，做到保護控制電路，電阻和電容的功能是是濾除所有干擾信號， 能較好地 抑制見風(fēng)噪聲。它 不但給 多媒體 了 嶄新 面貌， 同時它也成為 極富大眾 吸引力的 新一代人機 交互設(shè)備。觸摸屏 的構(gòu)成部件 是 觸摸檢測部件 還有 觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件 放置于 顯示器屏幕 的 前面， 目的是由它 檢測 外部的 觸摸位置， 然后將接收到的信號送到 控制器； 將接觸平送來的數(shù)據(jù)進行分析處理把變換成觸電的坐標(biāo)，再把這個數(shù)據(jù)傳送到 DSP 主控制器，有主控制起來發(fā)布命令并由它執(zhí)行。 MAX1898 配合外部 PNP 或 PMOS 晶體管可以組成完整的單節(jié)鎳氫電池充電器 MAX 提供精確地 恒壓充電，電池電壓調(diào) 節(jié)精度是正負(fù) ％，提高了電池性能并延長了電池使用壽命，充電電流可以由用戶設(shè)定，采用內(nèi)部檢流無需外部檢流電阻， MAX 提供了充電狀態(tài)的輸出指示、輸入電源是否與充電器連接的輸出制式和充電電流指示。 第四章智能充電 控制 4． 1系統(tǒng)基本功能 所謂智能充電系統(tǒng)其 主要負(fù)責(zé)的是給鎳氫電池充電，總的來說它應(yīng)該實現(xiàn)以下幾種功能。 MAX1898 的關(guān)鍵特性 ，輸入電流調(diào)節(jié)器用于限 電源的總輸入電流，包括系統(tǒng)負(fù)載電流和充電電流，當(dāng)檢測到輸入電流大于設(shè)定的門限電流時，通過降低充電電流從而控制輸入電流，因為系統(tǒng)工作時電 源電流的工作范圍很大，充電器如果沒有輸入檢測功能那么輸入電壓必須提供能夠最大負(fù)載電流和最大充電電流之和，這樣就會使電源成本增高、體積增大，但是利用輸入限流功能則能夠降低充電器對直流電源的要求，也簡化了輸入電源的設(shè)計。 其中電壓與電流的變換是在充電機內(nèi)完成的，只需將電池充電系統(tǒng)的的接口接通充電機就可以了。 為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。 當(dāng) 用手指 按 屏幕上的圖形按鈕 的 時 候 ， 上 面得反饋系統(tǒng)會有 觸覺 ，它可以依照原來 編程的程 序 驅(qū)動 所有的聯(lián)結(jié) 裝置， 可以用它代換 機械式的按鈕 版 ， 不僅如此它的 液晶顯示畫面 可以 制 產(chǎn)生五彩繽紛、五顏六色 的影 視 音 樂得 效果。信號線通過 IO 口和 DSP 主控制芯片連接起來，通過可以編寫程序的 IO 口來模擬總線時序，對 DS18B20 內(nèi)的芯片去執(zhí)行讀和寫的操作，為了組織發(fā)生高阻態(tài)就一定要在信號線處接上一個上拉電阻連接到遠程供電電壓 處，選取該方法測量溫度，溫度采集電路如圖所示。電流的檢測精度對剩余電量的估計影響很大， 溫度 檢測信號 采集 采集板在對 384 節(jié)單體鎳氫電池電壓采集信號后還要對電池測量溫度，采集溫度信號，然后傳送到主控制芯片。第一，在多路開關(guān)中，沒有 接通的通道有漏電流，這些漏電流會通過未連接的通道還有已經(jīng)連接的通道和信號源的內(nèi)阻形成回路，從而在信號源上出現(xiàn)壓降導(dǎo)致衰減了信號；第二多路轉(zhuǎn)換開關(guān)中，接通的通道自身的導(dǎo)通電阻使輸入模擬信號在電阻上出現(xiàn)壓降， 導(dǎo)致信號減弱。 L F 3 5 3 1 5 V+ 1 5 VL F 2 5 3+ 3 . 3 v0 . 0 1 u F2 0 0 K2 8 0 K2 8 0 KI N 4 1 4 82 0 0 K0 . 0 1 u F1 0 K1 0 K4 7 0 P FI N 4 1 4 8V 1V hV B A T 我們可以采取如圖所示單體電壓的采集結(jié)構(gòu)，通過光耦 合 隔離開關(guān)的切換，可以把 1號到 32 號的電池單體電壓接到采樣總線 V1 和 Vh 上， 把總線接到查分采樣電路的輸入端，工作的時候一次只有兩個開關(guān)在同一時刻導(dǎo)通，它們工作的過程是 S1 和 S2 接通，別的開關(guān)都不接通，電池單體 B1 的電壓 接入采樣總線上；然后開關(guān) S2 和 S3 接通，剩下的開關(guān)都關(guān)閉，電池 B2 的電壓接到采樣總線的電路中，按照順序依次采樣各個電池的電壓信號，從而對整個電池組內(nèi)的所有電壓采樣。 本畢業(yè)設(shè)計的管理對象是鎳氫電池，電動汽車的電池組有 384 節(jié) 鎳氫電池組成， BMS 采集所有鎳氫電池的單體電壓，電池組的電壓為 460V，采集點所在的共模電壓較高，而且兩個采集點之間的壓差不大，所以這些采集點需要經(jīng)過 隔離才能實現(xiàn)良好的檢測， 在采集點的電路前段和 在 處理的后端進行隔離，隔離也體現(xiàn)在各單體電池檢測通道間的距離，如果后段得電壓采集 電路出現(xiàn)了故障，不會造成前面的電池發(fā)生損壞，被測系統(tǒng)和測量系統(tǒng)公地是電壓采集電路一定要做到的，對電池電壓進行動態(tài)實時檢測的重要環(huán)節(jié)時 BMS 不僅做好共地而且要避免短路的發(fā)生。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和功能圖。它的接線如圖所示。該芯片與主控制芯片硬件接口如下圖。 + 5 V+ 5 VR S+ 3 . 3 V2 2 K1 8 KR E S0 . 1 u F3 3 KI N 4 1 4 8S W P B7 4 L C V C D7 4 H C 1 47 4 H C 1 4 EEPROM 是一種只讀存儲器，它同時具有在線 可 電擦除和再編程的功能，同時它還具有 RAM 的可讀可寫的性質(zhì)和 ROM 的不變動性的性質(zhì)，它的里面有專門供它用的電路，它的它的擦出和寫入 的 次數(shù)可以達到上萬次 ，一般情況下寫進去的數(shù)據(jù)能夠儲留九年左右，而且即使再斷電的時候也能儲存在它里邊 的信息。 晶體振蕩器 O U TV C CG N DN CO S C0 . 1 u F+ 3 . 3 VC L K I N112340 . 0 2 2 u FP L L F 2P L L F 1CR1 0 ΩC1 u F 本電池管理系統(tǒng)選用頻率為 10MHz 的有源晶振，它利用主控制芯片里面的鎖相環(huán)倍頻然后獲得需要的時鐘頻率，需要的頻率為 40MHz， 設(shè)置在往外面的濾波電路是為了阻止出現(xiàn)異常波形和受到各種 波 的影響。 16為定點的 DSP 和 30mips 的執(zhí)行速度的內(nèi)核，運算起來的速度很快發(fā)送的指令周期很短，既達到了快速性和準(zhǔn)確性的運算 ， 又符合了 系統(tǒng)的監(jiān)控實時性特別是多參數(shù)變量的 soc 的估算方法，這也證明 DSP 實現(xiàn)的算法的特點和優(yōu)異功能。 本章小結(jié) 本章從電池管理系統(tǒng)設(shè)計角度，確立了設(shè)計方案，介紹了電池管理系統(tǒng)設(shè)計方案，鎳氫電池的相關(guān)特性，ＳＯＣ和ＳＯＨ的重要意義及其如何計算ＳＯＣ和ＳＯＨ，根據(jù)任務(wù)書的要求對電池狀態(tài)進行檢測各個單體電池的電壓、溫度，設(shè)計了電壓、溫度信號采集電路，對均衡充電做了簡要介紹， 本章對后面章節(jié)具體電路設(shè)計來說具有很好的參考指導(dǎo)意義。 電池的單體電壓正常 使用 范圍在 [1V,]左右，若果檢測電路送來的數(shù)據(jù)表明電壓超出這一范圍， 為安全起見， 就要根據(jù)程序的設(shè)定值 停止給電池充電；如果單體電池的電壓之間相差大于 就要及時檢測出電池的位置，更換新電池。 0RSTCSOC C? 因為電池老化產(chǎn)生的對剩余電量的影響，實際上跟蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)容量不一樣，它們之間的關(guān)系是將式 3 和式 5 帶入式 4 的 SOC，根據(jù)方程，電池放電的剩余電量跟放電電流的關(guān)系式是： 1nC=K*I 因為它們的初始條件一樣所以 K 和 n 是一樣的，因此有 11 ()niICiw CI??? 所以僅需測量幾組 Ci，就可以得到 K 和 n,從而也就把確定 了下來， δ i 的確定：無論是理論還是實驗都表明電池很容易受到溫度的影響，它的容量會隨著溫度的上升而增加，同樣又隨著溫度的下降而減小，放電電流同樣如此，跟溫度呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，進過修正以后的所謂的標(biāo)準(zhǔn)電壓 I=i*δ i。 本設(shè)計以 Ah 法為重點，配合負(fù)載電壓法和內(nèi)阻法對 SOC 進行估測，下面首先對 Ah 法進行認(rèn)真具體的分析，然后簡述負(fù)載電壓法和直流內(nèi)阻法怎樣應(yīng)用到里邊去，再然后就介紹自適應(yīng)理論在在 SOC 估測中的應(yīng)用。此外 BMS 是車載系統(tǒng)采用分布式監(jiān)測系統(tǒng)時，因為采樣的下位板數(shù)目很多，會導(dǎo)致電池包內(nèi)的走線很多，從系統(tǒng)維護的角度來講不方便。對電池組進行信號采集但不能檢測到每個電池單體，不僅測量精度差，而且對信號處理的要求也很高。 C ， 1 0 4 u F+ 3 . 3 VC A N T XC A N R XR , 5 KR , 5 K S N 6 5 H V D 2 3 012348765C A N HC A N LC , 3 0 p F3 0 p FD I O D ED I O D E CAN 總線的可靠性非常高， 非常適用于測控單元的數(shù)據(jù)通信，所以得到了很多公司工程師得青睞， LF2407 芯片內(nèi)部有一個自帶的有 16 為外設(shè)的 CAN 控制器，而且它完全支持 CAN 通訊協(xié)議。 在用均衡充充電時的時間要把握好，不能太長（浪費電能）也不能太短（達不到這樣做的目的），而且這樣對電池的損害也是很大的 。 因為本電池管理系統(tǒng)中要串聯(lián)很多電池（３８４節(jié)） ， 所以這么多的電池之間出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象很容易出現(xiàn)，因此在給這么多的電池串聯(lián)充電的時候要考慮到均衡 ， 這對電池的充電特別重要，關(guān)系到電池的壽命和安全狀態(tài)?？梢杂秒妷骸囟?、電流、內(nèi)阻等變量來估測電池的 SOC，選擇合適數(shù)目的 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量對模型的準(zhǔn)確度影響很大。 電池 的電 阻有 兩種即交流 與直流內(nèi)阻 ， 這兩個電阻跟 SOC 數(shù)量關(guān)系很近，所謂的交流阻抗是一個復(fù)數(shù)的變量，指電池的單體電壓同他的電流之比值 ，表示的是電池反抗交流電的一種能力，可以 通過 交流阻抗儀器去測量它的電阻值 ，溫度對交流阻抗的影響很大。這種策略能夠保證電池組充電的快速性，提高充電效率，同時很好地解決普通快速充電所導(dǎo)致的硫化問題，保證了電池組的循環(huán)使用壽命，因此這種方案是合理的 容量預(yù)測（ SOC） 計算電池 的 荷電狀態(tài)是電池管理系統(tǒng) 一大 重 點和 難 點，由于電池的工作環(huán)境比較難預(yù)測，電動車的工作過程 又 是一個 變化很多 的過程，電池的自身狀態(tài)同時還要受到它的壽命 影響，現(xiàn)在有很多關(guān)于 SOC 的估算方法，下文介紹幾種方法。 根據(jù)蓄電池可接受充電電流定律以及馬斯三定律，可知在充電過程中，當(dāng)充電電流接近蓄電池固有充電曲線時，適時地對蓄電池進行反向電流放電，可以提高蓄電池的充電接受能力，也就是說通過反向大電流放 電，可以提高蓄電池的充電速度，縮短充電時間。 恒值電壓充電的時候因為是電壓不變的情況所以就會有電池依據(jù)一定的曲線減小，這種充電模式符合我們正常充電方法，而且還有利于電池的健康狀態(tài)，利于延長電池的壽命，同時也順應(yīng)了自 然規(guī)律，在健康狀態(tài)下一定的時間內(nèi)給電池補充最多的電量 。變電流間歇充電法電流電壓曲 線如圖。 it0T 2. 間歇變電流 充電法 該充電方法利用的是將脈沖 階段 與恒流充電 階段 相結(jié)合的 一種 方法 ， 它的充電方法是將一段間隔恒值電流段變換成限制電壓段變化電流值 。 脈沖充電方式 利用的是電池隔一段時間脈沖電流充電隔一段時間停止的充電方法 ， 就這樣不停地 循環(huán)，如圖 3． 5所示。 三階段充電法 是充電過程中有三個階段充電，第一階段和第三階段充電電流恒定 ， 第二段采用的是 用恒 定 電壓 值 充電，如圖 3． 4所示。 一般比較多用的 充電方法有 是 二階 跟 三階段充電 的方 法。橫流階段是把 限流值為恒值的充電方式，因此也稱作恒壓限流充電，如 圖所示。電化學(xué)過程與 電池的 電流之間由電動勢變 動 所反映的 絕非僅有 線性關(guān)系，所以 只根據(jù)線性關(guān)系來研 究 并不太 合適 。 U , it0 充 電 電 壓 充 電 電 流 在 剛開始給 電池充電 的時候 電動勢 是很 低 的，而電池的 電流會 很大，電動勢隨著充電 的 繼續(xù) 進行會 升高 ，于是充電電流會 減小 ，最后充電 就停 止 了 。今后會有越來越多的公司把鎳氫電池作為燃料電池汽車和混合動力電池汽車使用的動力電池。工作溫度是 30～ 50℃；快速充電從滿容量的 40℅～ 80℅需要 15 分鐘；它的循環(huán)使用壽命超過 1000 次。 80年代該公司制成了 儲氫合金材料研制成功鎳氫電池。蓄電池工作是不斷充電、放電的循環(huán)過程，電池在每次循環(huán)中化學(xué)活性物質(zhì)發(fā)生一次可逆的化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)活性物質(zhì)會隨充放電次數(shù)增多老化變質(zhì)，電池充放電效率會降低電池的循 環(huán)次數(shù)與電池的溫度、電池充放電形式、放電深度、電池安裝等有關(guān)。自放電率 = *100*abaAh AhAh t?℅，式中 aAh 表示 電池儲 存的容量， bAh 表示一定時間后電池儲存的容量， t 表示電池儲存的時間。 電池放電時放電電流與額定電流的比例。 （ 2）理論容量：按照法拉第定理根據(jù)蓄電池活性物質(zhì)的物理特性計算出的最高理論值，單位用體積容量 Ah/L 或質(zhì)量容量 Ah/kg 表示。 （ 2）標(biāo)稱能量：電池在規(guī)定放電條件下放出的能量，其數(shù)值等于額定電壓與額定容量的乘積。 （ 2）額定電壓：標(biāo)準(zhǔn)條件下電池在工作 時達到的電壓值。 BMS 的作用