【正文】 正系數(shù) 蓄電池電壓修正系數(shù) 665 蓄電池電流修正系數(shù) 3690 蓄電池測 Mos 管電流修正系數(shù) 3200 直流電壓修正系數(shù) 2030 直流電流修正系數(shù) 190 直流側(cè) Mos 管電流修正系數(shù) 195 修正系數(shù)得到之后，還要通過保護(hù)程序進(jìn)行驗(yàn)證，這里就不贅述了。 4）直流側(cè)電流采樣： 表 直流側(cè) 電 流采樣 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Idclink1 Idclink2 Id_ADC U1 變比 300mV 0mV 結(jié)論： 1 ??? mVVI d c lin kI d c lin k U ，基本滿足變比。 下面通過介紹電池單元的主電路圖和選用的單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖來了解從哪些采樣點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)，然后 進(jìn)單片機(jī)的哪些引腳，以及單片機(jī)和 485 通訊的引腳分配： 1）電池單元的主電路 圖 主電路圖 圖 為有源箝位反激式雙向 DCDC 變換器主電路圖，左側(cè)為電池側(cè)，需要采樣蓄電池的電壓和電流、蓄電池測的主 Mos 管（ Q4）電流；右側(cè)為直流側(cè)，需要采樣直流側(cè)的電壓和電流 、 直流側(cè)的主 Mos 管（ Q3）電流。二就是給出大體的設(shè)計(jì)方案，最主要的就 是系統(tǒng)架構(gòu)圖，后面討論的內(nèi)容都是圍繞這個(gè)圖展開的。下面，將從整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的最低層即電池單開始，給出硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 1）電池單元的單片機(jī)選型 本論文的主拓?fù)潆娐窞橛性大槲环醇な诫p向 DCDC 變換器，有四個(gè)管子，需要4 路不同的 PWM 波，對電池單元 6 路數(shù)據(jù)采樣，通訊僅需配置一個(gè)使能 IO 口即可。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式選擇 在上一章中，曾討論過網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的結(jié)構(gòu)模式有三種，但未具體討論在鋰電池化成電源中選擇什么樣的結(jié)構(gòu)。 監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 本論文 設(shè)計(jì) 的監(jiān)控 系統(tǒng)由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成， 具體結(jié)構(gòu)圖見下圖 。 監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能 由上一節(jié)可知，鋰電池化成過程需嚴(yán)格按照一定的步驟進(jìn)行，且化成參數(shù)包括各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間都有嚴(yán)格的要求，那么為了讓鋰電池按照給定的化成參數(shù)進(jìn)行化成，監(jiān)控系統(tǒng)必須發(fā)揮它的功能，那么結(jié)合鋰電池具體的化成要求，監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能有： 1）控制每個(gè)電池單元的啟停，即下發(fā)開機(jī)、關(guān)機(jī)命令。 6 2 監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案設(shè) 計(jì) 鋰電池化成的概念 每個(gè)鋰電池從生產(chǎn)到出廠至少要進(jìn)行三次充電和兩次放電過程，這個(gè)過程叫做化成，化成是鋰電池生產(chǎn)過程中的重要工序，在液態(tài)鋰離子電池首次充放電過程中 ,電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng) ,形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。 本論文的主要工作和論文結(jié)構(gòu) 本論文的研究對象是監(jiān)控系統(tǒng)，目的是設(shè)計(jì)出一套鋰電池化成電源監(jiān)控系統(tǒng)。一些控制中所用到的參考值可以存儲(chǔ)在微處理器的存儲(chǔ)器中，并對電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 “ 軟件即儀器 ” —— 在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入、輸出和調(diào)理，軟件才是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，使用者可以通過修改軟件，方便的改變、增減儀器系統(tǒng)的規(guī)模與功能。所謂虛擬儀器，是以通用計(jì)算機(jī)為核心，根據(jù)用戶對儀器的設(shè)計(jì)定義，用軟件實(shí)現(xiàn)虛擬面板設(shè)計(jì)和測試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。 蓄電池作為一種性能可靠的化學(xué)電源，其應(yīng)用價(jià)值與日俱增，已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。因此，在鋰電池生產(chǎn)過程中，數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要。 在熟知監(jiān)控系統(tǒng)功能的前 提下，提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，分別給出系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)方案； 論文 主要 對 采樣電路和 485 通訊電路 進(jìn)行設(shè)計(jì) ， 并在 MCGS 組態(tài)開發(fā)環(huán)境中，設(shè)計(jì)出液晶監(jiān)控界面， 并且還會(huì)重點(diǎn)討論腳本程序的開發(fā)。大多數(shù)情況下，就按照這些參數(shù)進(jìn)行化成，使鋰電池達(dá)到最佳的儲(chǔ)能狀態(tài) ，這就要求化成設(shè)備必須嚴(yán)格按照這些參數(shù)表進(jìn)行工作，能為每個(gè)階段提供穩(wěn)定且恒定的充放電電壓、電流。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目 前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。而信號的采集由測試點(diǎn)硬件實(shí)現(xiàn)，這樣就利用網(wǎng)絡(luò)將本地模式轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)程模式。 RS485 可以 構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通信方式以主站輪詢的方式進(jìn)行 ，要對每個(gè)站點(diǎn)進(jìn) 行站點(diǎn)地址編碼； CAN 工作于多種方式，網(wǎng)絡(luò)中的各 節(jié)點(diǎn) 都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù) ，且廢除了傳統(tǒng)的地址編碼，所以網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)比 485 總線的節(jié)點(diǎn)數(shù)要多的多； 雖然這兩種通信方式已經(jīng)很成熟，但通信距離有限，不能適應(yīng)未來遠(yuǎn)程化發(fā)展的需要，如果所有的設(shè)備能夠按照 TCP/IP 協(xié)議連成網(wǎng)絡(luò)，則我們可以借助互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，在任何一個(gè)地方來控制設(shè)備。本論文主要內(nèi)容如下： 1）在熟知監(jiān)控系統(tǒng)功能的前提下，提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式，分別給出系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)方案。 2) 恒壓充電：電池以恒壓充電至截止電流，充電時(shí)間 T2（充電時(shí)間到 T2 時(shí)結(jié)束恒壓充電，進(jìn)入擱置階段） 3) 擱置：充電結(jié)束后擱置時(shí)間 T3，目的是在電極形成穩(wěn)定的 SEI 模（ “ 固體電解質(zhì)界面膜 ” solid electrolyte interface,簡稱 SEI 膜）。 4）設(shè)定保護(hù)值和 PI 調(diào)節(jié)器參數(shù)；如過壓過流保護(hù)值、過熱保護(hù)值，以及電流環(huán)、電壓環(huán) PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)值。 9 D C / D C電 池D C / D C電 池D C / D C電 池 在化成過程中， PC 機(jī)可以監(jiān)控到每臺(tái)設(shè)備的每個(gè)電池的運(yùn)行狀況，對每個(gè)電池都能啟?？刂啤ｄ囯姵鼗呻娫吹膯纹瑱C(jī)程序內(nèi)容較多，本論文不會(huì)具體闡述，但會(huì)穿插的討論一些與監(jiān)控密切相關(guān)的程序 ，像采樣程序，采樣到的數(shù)值需要上傳給液晶，在單片機(jī)內(nèi)部要經(jīng)過修正系數(shù)的修正，這個(gè)修正系數(shù)是實(shí)驗(yàn)反復(fù)得到，并且是由液晶下發(fā)的。因此，在這一章，只對其中兩個(gè)與監(jiān)控十分密切的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要是采樣電路和 485 通訊電路。 采樣硬件電路設(shè)計(jì) 首先我們需要知道，對監(jiān)控系統(tǒng)而言，需要顯示電池單元的哪些數(shù)據(jù)，才能根據(jù)需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。修正系數(shù)便由此而來，這里需要說明的是修正系數(shù)是通過實(shí)驗(yàn)得到，然后由液晶下發(fā)的。其使能端 EN 由單片機(jī) IO 口的輸出電平控制。 21 4 下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 由前面幾章的討論，我們知道了鋰電池化成電源監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。在這四種工作模式下，電池單元需要按照不同的參數(shù)去化成，所以液晶不僅能夠控制各個(gè)電池單元的化成模式，還要在不同的工作情況中 下發(fā)不同的化成參數(shù)。系統(tǒng)參數(shù)又分成調(diào)試系數(shù)和修正系數(shù)。 3）傳輸速率： RS485 接口的最大傳輸速率可達(dá) 10Mb/s，傳輸速率越大，傳輸距離反而越小，因此并不是速率越快越好。此外 MCGS 嵌入式還帶有一個(gè)模擬運(yùn)行環(huán)境，用于對組態(tài)后的工程進(jìn)行模擬測試，方便用戶對組態(tài)過程的調(diào)試。 由 MCGS 開發(fā)的用戶應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成 由 MCGS 開 發(fā)的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、用戶窗口、 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五個(gè)組成部分構(gòu)成 [11]，如下圖所示。 初始化自檢和參數(shù)覆蓋界面設(shè)計(jì) 初始化界面包括初始化自檢和參數(shù)覆蓋界面。之后進(jìn)入主菜單 29 界面。 5）其他設(shè)置界面 圖 其他設(shè)置界面 其他設(shè)置；用戶可以修改密碼，校準(zhǔn)時(shí)間。 設(shè)備通道和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，當(dāng)實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)庫中的值改變時(shí)，設(shè)備通道中的值就會(huì)發(fā)生改變，設(shè)備腳本中的腳本程序便會(huì)動(dòng)作，下發(fā)數(shù)據(jù)或者上傳數(shù)據(jù)，這時(shí)可以調(diào)用事先編好的自定義子函數(shù)。 液晶液晶液晶液晶P C機(jī)路由器本論文采用虛擬儀器的 LabVIEW環(huán)境開發(fā)上位機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析軟件 [14]。 每個(gè)設(shè)備可以單獨(dú)的去設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行模式，也可以在設(shè)置好一個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)之后，復(fù)制到其他某些設(shè)備中去； 參數(shù)設(shè)置的最小單位是設(shè)備，即系統(tǒng)參數(shù)會(huì)下發(fā)到這個(gè)設(shè)備中的每個(gè)單元； 36 每個(gè)電池可以單獨(dú)的選擇運(yùn)行模式，只是它需要的化成參數(shù)是它所在設(shè)備統(tǒng)一下發(fā)的，電池本身也可以對下發(fā)的系統(tǒng)參數(shù)修改。 那么，上位機(jī)即 PC 機(jī)和液晶的通訊，也遵守同樣的通訊協(xié)議，只是 PC 機(jī)為了區(qū)分多個(gè)設(shè)備，在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，在數(shù)據(jù)包中需要加上設(shè)備號以示區(qū)別。交換機(jī) 接口數(shù)目的多少?zèng)Q定著 PC機(jī) 可以連接多少臺(tái)設(shè)備。刻度盤。如果存在設(shè)備聯(lián)機(jī)不正常，會(huì)跳聯(lián)機(jī)失敗窗口 圖 聯(lián)機(jī)失敗窗口 點(diǎn)擊確定，進(jìn)入主界面 。前文的討論我們也知道， PC 機(jī)的作用必須強(qiáng)大，它可以通過和液晶通訊監(jiān)控每臺(tái)設(shè)備的每個(gè)電池，也可以不需要液晶單獨(dú)和電池通訊；在主界面菜單 欄中，有通訊設(shè)置這一功能，通訊設(shè)置即聯(lián)機(jī)、脫機(jī)的設(shè)置， 區(qū)別就是聯(lián)機(jī)設(shè)備受 PC 機(jī)控制，脫機(jī)設(shè)備受液晶控制；這樣設(shè)置十分靈活， PC 機(jī)和液晶都可以 脫離彼此單獨(dú)工作，可以應(yīng)付各種實(shí)際情況的出現(xiàn)。液晶不僅需要和單片機(jī)通訊，也要和遠(yuǎn)端 PC 機(jī)相連，核心在于液晶腳本驅(qū)動(dòng)的開發(fā)，在編程上任務(wù)較重。在這里要十分感謝賴?yán)蠋煟瑥乃砩衔覍W(xué)到了很多東西。 46 [參考文獻(xiàn) ] [1]張興 .電力電子技術(shù) [M].北京：科學(xué)出版社 ， 20xx. 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