【正文】 此外 MAX1898 具很多有別的功能，例如輸入關(guān)斷控制、可以選擇的充電終止安全定時器、可以選擇的充電周期重啟和過放電電池的低電流預(yù)充等。 為了方便操作 本系統(tǒng)選用觸摸屏 作 為系統(tǒng)的顯示和輸入設(shè)備，它不僅方便直接而且美觀，很受大眾青睞， 關(guān)于觸摸屏的內(nèi)部的具體原理構(gòu)造，在本畢業(yè)設(shè)計里不做過多的介紹，畢竟是新生事物，本人對觸摸屏 內(nèi)部接線原理不太了解 ，只要我們會基本的應(yīng)用即可，就好像是手機，有手機的每個人都會用，但關(guān)于它的原理大部人不懂， 實際上不需要，會用即可。它只需要采用一根總線就可與主控制芯片 DSP 傳達信息，所有DSB18B20 并連在一起， DSP 利用它內(nèi)部的芯片識別溫度信號，可以選用多種方式為芯片提供電源，因為需要的 DSB18B20 較多，所以選用遠端供電，因為使用的元器件種類并不多所以電路比較簡單，僅須將采集到的溫 度信號通過信號傳輸線、電源線和地線就可以了。 L 1L 2A 0A 1A 2A 3A 43 . 3 VS 1S 2S 3 3S 3 2V C C I O V C C I N TC P L DE P M 2 4 0 T 1 0 0 C SG N DG N D I O G N D I N TT L P 2 9 6V hV 1T L P 2 9 6 但是模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)也會出現(xiàn)差錯，有下面兩個原因 。 電壓 檢測信號 采集 電壓是所有參數(shù)中最能表征出電池的狀況，依據(jù)即時電池的端電壓判斷電池是否過充電，此外通過電壓的測量也可以初步估計電池的 SOC。 本電池管理系統(tǒng)硬件電路由 14 引腳的連接口，運行主控制芯片的軟硬件。 復(fù)位電路 RS 腳跟主控制芯片的相應(yīng)引腳接通，在這個引腳是低電平的時候，主控制芯片復(fù)位，為了讓芯片正常初始化起碼在三個連續(xù) CLKOUT 周期內(nèi)保 持 RS 是低電平，為了避免振蕩器在起震時產(chǎn)生的非線性特性對整個系統(tǒng)的影響，那么就要保證復(fù)位電路在低電平時間要大于系統(tǒng)在晶體振蕩器的起震時間，通常１００ 到 ２００ ｍｓ后晶振才會穩(wěn)定， 因此商店的復(fù)位時間要比這個時間長才行，復(fù)位 電路的低電平時間應(yīng)該要很長，使主控制芯片一定復(fù)位，還要盡量使電路穩(wěn)定，避免主控制芯片內(nèi)部會出現(xiàn)誤復(fù)位情況。 CMOS 技術(shù)性能很高，它需要的供電壓是 伏，使控制器的電能損耗大大降低，符合本系統(tǒng)小功耗的標準。 電池狀態(tài)監(jiān)測 電池管理系統(tǒng) 的一大主要功能是檢測各單體電池的電壓、溫度信號， DSP 根據(jù)各檢測模塊送來的數(shù)據(jù)進行分析，然后做出相應(yīng)的處理，把出現(xiàn)問題的電池即是換新，以免耽誤電池充電，嚴重者會引發(fā)事故問題 。負載電壓法、 Ah法、直流內(nèi)阻法，如果有大量數(shù)據(jù)還可以建立電池模型，用自適應(yīng)當然控制方法。優(yōu)點是材料的成本低，電池管理 系統(tǒng)之間可以無限制的通信，不僅安全管理便利而且簡化了對不同電池參數(shù)的調(diào)整與改寫，參數(shù)的測量速度較快可靠性高也可以靈活計算，按照不同情況在中心處理器內(nèi)修改軟件，滿足各種各樣的要求，它的缺點是要把串聯(lián)蓄電池電壓測量中隔離、共地、測量精度等問題解決，但是技術(shù)難度很大。 這種方法充電的時候那些容量很小的電池還在繼續(xù)全部充電，但是由于這些電池里面的化學(xué)反應(yīng)問題，這些電池接收的電流不會變大了一般比較小，這個時候如果加大電流， 化學(xué)反應(yīng)中會產(chǎn)生很多氣泡反而會阻礙電池回到原容量，的析氣反應(yīng)而影響其恢復(fù)容量 。 電池是一個非線性程度特別高的系統(tǒng)，將它的充電過程建立比較精確的數(shù)學(xué)模型是比較困難的，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線性的基本特性和并行結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)能力，對于外部激勵可以改出對應(yīng)的輸出，所以它可用來模擬電池的動態(tài)特性然后就可以估計 SOC 的值，根據(jù)實際問題的需求來確定輸入和輸出層的神經(jīng)元的數(shù)目，通常情況下是線性函數(shù)；問題的分析精度和復(fù)雜程度決定了中間層的神經(jīng)元的個數(shù) 。 所以，智能充電系統(tǒng)在初期根據(jù)電池組狀態(tài)確定是否需要涓流充電；在快速充電上采用多階段恒流充電與脈沖充電相結(jié)合的充電方法，通過負脈沖反向放電，并在快速充電過程中短時間的停止充電，從而防止電池組出現(xiàn)過充，并能夠消除或減少極化現(xiàn)象，這與馬斯三定律是符合的；在充電后期采用定電壓對電池組迸行補足充電直至電池組 電量達到額定電量。 此充電模式大大提高了充電的效率越來越逼近了質(zhì)量最好效率最高的模式 。 這種間歇式充電方法是電池在充電方面的一項新技術(shù) ， 改變電池充電的時候以往的充電曲線的約束 。 下一 階段的恒 值 電壓 就是通常情況下 轉(zhuǎn)換電壓 ，這就是二階段充電法 。 t0 充 電 電 壓 充 電 電 流 U , it0 充 電 電 流 充 電 電 壓恒 流恒 壓 為防止恒壓充電開始時的電流太大，導(dǎo)致溫度 增加的太大會給 電池 帶來嚴重的 傷害，充電過程中一般 將 電流 控制在 在一 范圍內(nèi) ，這就是恒 電 壓恒 電流 流 的充電方式。 加恒定電壓于電池兩端，充電 的 電流 是 I=（ VE） /R， V 是指 外部電源供給電池的 充電電壓， E 是指電池 的電動勢 ， R是指 它的內(nèi)部 電阻。能量密度為 55～ 70Wh/kg。 電池壽命為電池充放電的循環(huán)次數(shù)或者是使用年限。 （ 5）荷電狀態(tài)：反映電池容量指一定放電倍率下電池剩余電量與額定容量在相同條件下的比值。 （ 1）實際能量：是指電池在一定的條件下放出來的能量，等于電池的平均電壓與實際容量的乘積。 2 電池管理系統(tǒng)設(shè)計 與動力電池相關(guān)的管理控制設(shè)備稱為 —— 電池管理系統(tǒng)（ BMS），作為一個整體在電動汽車中發(fā)揮作用。中央處理單元由高壓控制回路、主控板等組成，數(shù)據(jù)采集單元有溫度 采集模塊、電壓采集模塊等組成，大部分將均衡模塊與檢測模塊設(shè)計在一起，顯示單元由顯示板、液晶屏、鍵盤及上位機組成。C串行接口 CAN 總線是一種可考慮高、通信速率高的現(xiàn)場總線。 （ 1）數(shù)據(jù)采集 電池管理系統(tǒng)的所有算法、電動車的能量控制策略等都是以采集的數(shù)據(jù)作為輸入，影響電池能量管理系統(tǒng)性能的重要指標是采樣速率、精度和前置濾波特性。 電池管理系統(tǒng)有電池控制單元（ BCU）、主充電器、輔助充電器、熱管理系統(tǒng)、SOC 計算、電池報警系統(tǒng)、模塊傳感器裝置和安全模塊構(gòu)成，其中 BCU 發(fā)揮核心功能。 目前電動汽車主要有三種類型：純電動汽車，它是以蓄電池的電能作為汽車的動力；混合動力電動汽車，它是發(fā)動機和電力傳動并存的電動汽車，兩者可以互相補充，是 發(fā)動機汽車到 電動汽車的過度型；燃料電池汽車，它是以燃料電池作為動力來源的。 當然電動汽車的發(fā)展還存在許多問題，主要是動力電池和高效率的充電問題，電池管理系統(tǒng)是很重要的 一個研究反方向。 BCU 實時監(jiān)測電池工作狀態(tài)，向各 子程序系統(tǒng)發(fā)送正確的指令以使動力電池正常工作。 （ 2）電池狀態(tài)估計 電池狀態(tài)估算包括ＳＯＣ和ＳＯＨ，是電動汽車進行控制和功率匹配的重要依據(jù)。 （ 7）人機接口 設(shè)置顯示和控制按鍵、旋鈕等來輸入指令給 BMS 。一般采用 CAN 現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)相互間的信息通訊。 BMS 的作用主要可分為兩個方面：保證電池安全；合理高效的使用電池儲存的能量。 （ 2）標稱能量：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。 電池放電時放電電流與額定電流的比例。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)。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。 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 。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。 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。 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 。 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 。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。可以用電壓、溫度、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確度影響很大。 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 。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。 本設(shè)計以 Ah 法為重點，配合負載電壓法和內(nèi)阻法對 SOC 進行估測，下面首先對 Ah 法進行認真具體的分析，然后簡述負載電壓法和直流內(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。 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。 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。 + 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。它的接線如圖所示。 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。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。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。 為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。 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)負載電流和充電電流，當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。 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 ％，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、