【正文】 明知故犯誤差四種，在檢驗(yàn)過(guò)程中由于人為因素而造成的檢驗(yàn)誤差占了大部分。為了提高精度，需要對(duì) ADS1218 進(jìn)行設(shè)置，采用電橋電路增益放大。為了降低系統(tǒng)的功耗，自動(dòng)氣象站長(zhǎng)期處于休眠狀態(tài)。因此，在進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守 PCB 設(shè)計(jì)的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。 34 (2)發(fā)熱量多的元件應(yīng)考慮散熱問(wèn)題。 (2) 印制板導(dǎo)線拐彎一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。 35 第六章 總結(jié)與展望 總結(jié) 電池管理系統(tǒng)一直是電動(dòng)汽車發(fā)展中一項(xiàng)重要 技術(shù) ,電池組管理系統(tǒng)最基本的作用是監(jiān)控電池 工作狀態(tài) (電池電壓、電流以及 溫度 ) ,通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量 ,便可以 預(yù)測(cè)蓄電池的 SOC和相應(yīng) 剩余 的最大 行駛里程 ,管理電池的工作情況 (避免出現(xiàn)過(guò)放電、過(guò)充、過(guò)熱和單體電池之間電壓嚴(yán)重不平衡現(xiàn)象 ) 以便最大限度地利 用電池的存儲(chǔ)能力和 增加 循環(huán)壽命 。 (3)SOC 算法的改進(jìn) 目前的剩余容量的估計(jì)方法，是依據(jù)新電池充滿作為參考，一些因素沒(méi)有考慮 到， 如 :電池老化引起電池容量的變化，單體電池對(duì)電池組的影響，溫度和電池容量對(duì)自放電的影響等， 從而影響了 SOC 的準(zhǔn)確度。 感謝 汽車與交通工程 學(xué)院所有老師和同學(xué)在這 四 年內(nèi)對(duì)我的幫助。從導(dǎo)師身上，我學(xué)到了科學(xué)的思維方法，認(rèn)真工作的態(tài)度，踏實(shí)做人的道理。 展望 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究應(yīng) 形成以高校、科研院所、企業(yè)為依托 , 從而大大 提高電池管理系統(tǒng)的各項(xiàng)功能 。同時(shí)，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。 (3) 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)行布局，元件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在 PCB 上，盡量減少和縮短各元件之間的引線和連接。 PCB 尺寸過(guò)大時(shí)，印制線路長(zhǎng)，阻抗增加，抗干擾能力下降，成本也增加；過(guò)小，則散熱不好，且鄰近導(dǎo)線易受干擾。 32 誤差處理 實(shí)測(cè)電壓數(shù)據(jù)分析 本采集系統(tǒng)是把電池組分為 10 個(gè)單元來(lái)分開(kāi)檢測(cè)的，在實(shí)際檢測(cè)中分別測(cè)量了三組不同工況下的電池電壓，他們分別是：萬(wàn)用電表測(cè)量值；電機(jī)沒(méi)有啟動(dòng)時(shí)本系統(tǒng)的測(cè)量值；電機(jī)啟動(dòng)本系統(tǒng)的測(cè)量值。 系統(tǒng)工作環(huán)境的噪聲 電子學(xué)系統(tǒng)的噪聲是屬于隨機(jī)，噪聲的波形是任意的，由于噪聲的存在使檢測(cè)結(jié)果在一個(gè)真值上疊加了一個(gè)起伏， 這樣我們?cè)谶M(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)就會(huì)有誤差。 傳感器的非線性是傳感器本身所固有的，任何傳感器都有所適用的線性范圍，超過(guò)這個(gè)范圍，它的非線性將明顯加劇。這樣可以減少在測(cè)量過(guò)程中 由 附件引起的誤差。 (2) 儀器設(shè)備：由于儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)，所用的儀表及標(biāo)準(zhǔn)量器等引起的誤差稱為儀器設(shè)備誤差 .如：傳感元件不靈敏、儀表指示有誤差、標(biāo)定刻度不準(zhǔn)等。 //發(fā)送 … RS485Recv ( )。 //打開(kāi)所有中斷 } 28 CAN 數(shù)據(jù)通訊模塊程序設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)的結(jié)果主要是通過(guò) CAN 總線傳輸?shù)街醒肟刂浦行?，使用車載液晶進(jìn)行顯示。 //初始化 … DataDisplay ( )。 其中各節(jié)點(diǎn)程序流程圖見(jiàn)圖 。 4) CAN 總線選用屏蔽雙絞線 , RS485 總線也選用雙絞線 。 電路圖 如圖 38所示。 22 圖 35 復(fù)位電路 STM32F103B 通訊電路的設(shè)計(jì) CAN 通訊接口電路設(shè)計(jì) CAN 通訊協(xié)議采用目前流行的 J 1939 協(xié)議。 溫度信號(hào)的采集用的是電橋測(cè)量變換量，再由 LM324 放大信號(hào)的原理。這就是構(gòu)成 A/D轉(zhuǎn)換器的原理。 從用戶閃存啟動(dòng)，這是正常的工作模式。 VDDA和 VSSA必須分別連接到 VDD和 VSS。 （ 1） 內(nèi)核： ARM 32位的 Cortex?M3 CPU： 最高 72MHz工作頻率；在存儲(chǔ)器的 0等待周期訪問(wèn)時(shí)可達(dá) ； 單周期乘法和硬件除法。如 T 1T 2 圖 脈沖方波圖 如每五個(gè)周期的脈沖進(jìn)行一次采集，系統(tǒng)就可能以脈沖的上沿線和下沿線難以辨別，就會(huì)造成采集時(shí)間長(zhǎng)度 T1和 T2的不同，這樣就會(huì)存在一個(gè)周期的誤差。本系統(tǒng)采用的是霍爾是電流計(jì)，二而電機(jī)內(nèi)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)霍爾電流計(jì)產(chǎn)生影響，這樣就導(dǎo)致了測(cè)量誤差的出現(xiàn)。 本采集 系統(tǒng)的各項(xiàng)功能及指標(biāo) （ 1） 自動(dòng)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)不同標(biāo)定電壓電池的單體電壓及總電壓值 。它們之間的通信與信息類型為信息類和命令類。接口收發(fā) 器具有瞬時(shí)電壓保護(hù) , RT抑制、熱保護(hù)、短路保護(hù)等 . CAN 通信協(xié)議規(guī)定了 4 種不同的幀格式 ,即數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀和超載幀?？刹捎命c(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等方式傳送和接收數(shù)據(jù) ,直接傳送距離達(dá) 10km /5Kbps, 速率最高達(dá) 1Mbp s/40m,總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)理論值達(dá) 2021 個(gè) ,實(shí)際由于時(shí)延可達(dá)110個(gè) 。 (3)溫度信號(hào)的采集 :采用溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)。 11 D B 1 2 0 3（ 1 4 ）S T M 3 2 F 1 0 3 V B芯 片K E Y緊 急 停 車加 速 踏 板制 動(dòng) 踏 板車 速 方 波P T 1 0 0電 流電 池 電 壓溫 度控 制充 電狀 態(tài)切 斷高 壓車 速狀 態(tài)電 機(jī)溫 度S O C 值計(jì) 算溫 度異 常控 制 輸 出繼 電 器緊 急 制 動(dòng)S O C 值電 機(jī) 溫 度車 速 狀 態(tài)電 池 溫 度故 障 信 息控 制 器 狀態(tài)制 動(dòng) 能量 回 收 圖 21 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖 信號(hào)的采集與處理 電動(dòng)汽車的蓄電池組通常要包含幾十只甚至上百只單體電池，鋰電池或鎳氫電池可能達(dá)到上百個(gè)單體，通常工作電壓在 300 V 左右，工作電流高達(dá)幾百安培 。 本論文所描述的車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要 由微處理器、開(kāi)關(guān)量接口、 ADC轉(zhuǎn)換、頻率變換及 CAN總線接口構(gòu)成 。對(duì)電池組中的每一塊電池的電量、溫度進(jìn)行有效地檢測(cè)，以及檢查某一塊電池是否低電量、是否有故障，防止因某一塊電池電量過(guò)低或者出現(xiàn)故障而不能正常工作導(dǎo)致整個(gè)電池系統(tǒng)崩潰的情況發(fā)生。如 日本青森工業(yè)研究中心從 1997 年開(kāi)始至今，仍在持續(xù)進(jìn)行電池管理系統(tǒng) 實(shí)際應(yīng)用的研究；美國(guó) Villanova 大學(xué)和 USNanocorp 公司已經(jīng)合作多年對(duì)各種類型的電池 SOC 進(jìn)行基于模糊邏輯的預(yù)測(cè)；豐田、本田以及通用汽車公司等都把 電池管理系統(tǒng) 納入技術(shù)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。 無(wú)論是汽車整車企業(yè)還是電池生產(chǎn)企業(yè)，都已認(rèn)識(shí)到能源管理系統(tǒng)的重要性，也非常重視這一技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用 。 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 作為 電動(dòng)汽車的三大核心技術(shù)之一 的 車載 電池 系統(tǒng)， 從功能上來(lái)看類似于 傳統(tǒng)汽車 中的 的發(fā)動(dòng)機(jī)，是電動(dòng)汽車的 “ 心臟 ” ， 也 是電動(dòng)汽車惟一的動(dòng)力來(lái)源。而本論文所描述的設(shè)計(jì)就是實(shí)現(xiàn)上述功能的車載數(shù) 據(jù)采集管6 理系統(tǒng)。 在降低碳排放量，保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境的國(guó)際大背景下，中國(guó)政府也明令提出 ” 低碳減排 ” ，從而實(shí)現(xiàn)“低碳經(jīng)濟(jì)”的持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。 本論文 是 基于 CAN總線的車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用 STM32F103VB作為系統(tǒng)的核心芯片，通過(guò)芯片自帶的 12 位 ADC 對(duì)端口電壓分別進(jìn)行采集和監(jiān)測(cè)，并通過(guò) CAN 網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車儀表盤，為車輛狀態(tài)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)來(lái)源 。 純電動(dòng)汽車以其零排放，噪聲低等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視，被稱作綠色環(huán)保車。 “ 低碳經(jīng)濟(jì) ” 的實(shí)質(zhì)是高能源利用效率和清潔能源結(jié)構(gòu)、追求綠色 GDP 的 技術(shù) ，核心是能源技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和人類生存發(fā)展觀念的根本性轉(zhuǎn)變。 不論是從經(jīng)濟(jì)性、方便性和制造難度上來(lái)講，純電池動(dòng)力車的優(yōu)勢(shì)都是比較明顯的。 總體框圖如圖 11所示。 目前，影響電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的主要因素包括動(dòng)力電池的安全性和使用成本問(wèn)題，延長(zhǎng)電池的使用壽命是降低使用成本的有效途徑之一。還不能適應(yīng)全車數(shù)據(jù)的便攜式采集和整車數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)分析。 在軟件設(shè)計(jì)方面，在 Keil 軟件平臺(tái)上完成了嵌入式單片機(jī) STM32F103B 的程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車載多級(jí)串聯(lián)鋰電池、電池溫度、車速等數(shù)據(jù)的 監(jiān)測(cè)、采集和分析。 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種新型且性能比較好的電池管理系統(tǒng)， 選用的是集成了 CAN 控制器模塊 STM32芯片平臺(tái)的 微控制器 ，建立在一塊 PCB板的嵌入式單片機(jī)。 （ 2）中央處理器模塊 。電池管理系統(tǒng)信號(hào)采集如下 : 12 (1) 電壓信號(hào)的采集 :鋰離子電池管理系統(tǒng)需要采集每個(gè)單體電池的電壓信號(hào)?？晒ぷ饔诙嘀鞴ぷ鞣绞?,任一節(jié)點(diǎn)任一時(shí)刻均可主動(dòng)發(fā)送信息 ,不分主從 ,通訊方式靈活 ,可方便的構(gòu)成多機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng) 。節(jié)點(diǎn)故障時(shí)有自動(dòng)關(guān)閉總線功能 ,可以與總線脫離 ,不影響總線操作 。 CAN 總線作為一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)完全能夠滿足這些要求 ,其模型結(jié)構(gòu)只有三層 ,即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 14 數(shù) 據(jù) 顯 示 系 統(tǒng)C A N 節(jié) 點(diǎn)S O C 系 統(tǒng)電 池 監(jiān) 控 系 統(tǒng)溫 度 、 電 壓 、電 流 信 號(hào)電 壓 、 電 流信 號(hào)溫 度 、 電 壓 、電 流 信 號(hào)電 池 組C A N 節(jié) 點(diǎn)C A N 節(jié) 點(diǎn)C A N 節(jié) 點(diǎn)電 池 保 護(hù) 系 統(tǒng)C A N 總 線 圖 22 CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 CAN網(wǎng)絡(luò)在 本文設(shè)計(jì)采集系統(tǒng)中起到的作用跟如上所述相同。 （ 6）模塊化結(jié)構(gòu) ， 便于安 裝維護(hù) 。稍微遇到信號(hào)干擾就會(huì)出現(xiàn)測(cè)量值的偏差，比如噪聲等造成的。這就是本采集系統(tǒng)的意義所在。封裝 這些豐富的外設(shè)配置，使得 STM32F103VB產(chǎn)品容量增強(qiáng)型系列微控制器適合于多種應(yīng)用場(chǎng)合： （ 1） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用控制 （ 2） 醫(yī)療和手持設(shè)備 （ 3） PC游 戲外設(shè)和 GPS平臺(tái) （ 4） 工業(yè)應(yīng)用： 可編程控制器 (PLC)、變頻器、打印機(jī)和掃描儀 （ 5） 警報(bào)系統(tǒng)、視頻對(duì)講、和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等 18 STM32F103VB 電源模塊的設(shè)計(jì) 電源電路的設(shè)計(jì) STM32F103VB系列的供電方案如下： （ 1） VDD=： VDD引腳為 I/O引腳和內(nèi)部調(diào)壓器供電。 ，可以是 Vout端的電壓穩(wěn)定在 ，此電壓滿足芯片電壓要求，可以直接輸入芯片的 VDD接口。 在芯片上電復(fù)位時(shí)， BOOT0和 BOOT1兩個(gè)管腳的狀態(tài)將決定芯片從何處啟動(dòng)。模擬看門狗功能允許非常精準(zhǔn)地監(jiān)視一路、多路或所有選中的通道，當(dāng)被監(jiān)視的信號(hào)超出預(yù)置的閥值時(shí)，將產(chǎn)生中斷。 復(fù)位電路的電路設(shè)計(jì) 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，如圖 35。如圖 。 RS485 通訊電路設(shè)計(jì) 本文的設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還 用到 485 接口，其電路圖如圖 39所示 圖 39 RS485通訊電路 除上述之外， 為了減小電磁干擾 , 采取如下措施 : 1) 在微控制器和 CAN 收發(fā)器之間加入高速光耦隔離器 。 uVision3 提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于 MCUI/O 引腳和外設(shè)狀態(tài) 變化下的程序變量。 表示如下： void ADCData(void) { InitADC ( )。 //關(guān)閉所有中斷 WriteDatatoEEprom(u8 Data)。 //接收數(shù)據(jù) … Data = CANData[3]。 在定量分析中，誤差 主要來(lái)源于以下三個(gè)方面： (1) 分析方法：由于任何一種分析方法都僅是在一定程度上反映被測(cè)體系的真實(shí)性。 同時(shí)，還通過(guò)軟件的方法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，保證所 測(cè)數(shù)據(jù)的精度。為了減少操作人員帶來(lái)的誤差，應(yīng)該主要從管理制度上入手，儀器的先進(jìn)性只能減少其部分的影響。在放大器中還存在不同放大倍數(shù)時(shí)，放大器本身工作條件變化而引起失調(diào)電流、失調(diào)電壓的改變。在被永遠(yuǎn)遠(yuǎn)程喚醒的時(shí)候，需要穩(wěn)定一段時(shí)間才能完全正常工作，保證檢測(cè)到的數(shù)據(jù)結(jié)果是準(zhǔn)確的。要使電子電路獲得最佳性能，元件的布局及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。在電源轉(zhuǎn)換模塊，如果輸入電壓的壓降比較大，就會(huì)使得 產(chǎn)生較大的熱量 。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則，長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。 針對(duì)電動(dòng)轎車研制的基于 STM32芯片的車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)車上實(shí)際使用證明了其能是實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)電池組的狀態(tài)和顯示電池組的 SOC，驗(yàn)證了CAN總線的穩(wěn)定性、抗干擾能力和通訊及時(shí)準(zhǔn)確等。 36 參考文獻(xiàn) [1] 馬忠梅 . 單片機(jī)的 C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì) [2] 朱正禮 .任少云等 . CAN 總線系統(tǒng)在電動(dòng)轎車上的應(yīng)用 .2021 年 2 月 .汽車工程 [3] 張巍 . 純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的研究 .2021 年 6月 .北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 [4] 楊太安 .純電動(dòng)車電源管理系統(tǒng)研究 .2021年 4月 .武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 [5] 黎林 . 純電動(dòng)汽車用銼電池