【導(dǎo)讀】電能來(lái)源廣泛，人們對(duì)電力的使用也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展和汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。由于電動(dòng)汽車(chē)的顯著特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，各國(guó)都在發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)。東汕頭市南奧島設(shè)立了示范區(qū)。技術(shù)支持，在示范區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)。和HEV試驗(yàn)計(jì)劃，有梅賽德斯-奔馳汽車(chē)公司，大眾汽車(chē)公司，歐寶汽車(chē)公司，寶馬汽車(chē)公司和MAN汽車(chē)公司提供的64輛EV和HEV進(jìn)行試驗(yàn)。自放電少、工作溫度范圍寬、能快速充電、使用壽命長(zhǎng)和安全可靠等特點(diǎn)。動(dòng)車(chē)的運(yùn)行，具有保護(hù)和警告功能。發(fā)出指令，執(zhí)行指令，提出警告。程，及時(shí)作出決定到充電地點(diǎn)充電防止半路拋錨，ＳＯＨ告訴駕駛員電池的壽命。通信功能電池管理系統(tǒng)與車(chē)載設(shè)備設(shè)備的通信是BMS的重要功能之一，人機(jī)接口設(shè)置顯示和控制按鍵、旋鈕等來(lái)輸入指令給BMS。BMS的主要工作原理可簡(jiǎn)單歸納為：首先數(shù)據(jù)采集電路采集電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，塊發(fā)出控制指令，向外界傳遞信息。BCU實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池工作狀

　　

【正文】 振蕩器在起震時(shí)產(chǎn)生的非線性特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響 ，那么就要保證復(fù)位電路在低電平時(shí)間要大于系統(tǒng)在晶體振蕩器的起震時(shí)間，通常１００ 到 ２００ ｍｓ 后晶振才會(huì)穩(wěn)定 ，因此商店的復(fù)位時(shí)間要比這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)才行，復(fù)位 電路的低電平時(shí)間應(yīng)該要很長(zhǎng)，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(huì)出現(xiàn)誤復(fù)位情況。 EEPRAM 接口 EEPROM 是一種只讀存儲(chǔ)器，它同時(shí)具有在線 可 電擦除和再編程的功能，同時(shí)它還具有 RAM的可讀可寫(xiě)的性質(zhì)和 ROM 的不變動(dòng)性的性質(zhì)，它的里面有專(zhuān)門(mén)供它用的電路，它的它的擦出和寫(xiě)入 的 次數(shù)可以達(dá)到上萬(wàn)次 ，一般情況下寫(xiě)進(jìn)去的數(shù)據(jù)能夠儲(chǔ)留九年左右，而且即使再斷電的時(shí)候也能儲(chǔ)存在它里邊的信息。 EEPROM 有兩種，一種是并行它的儲(chǔ)量相當(dāng)大，讀寫(xiě) 方法容易而 且迅速，他讀寫(xiě)素需要的時(shí)間跟 RAM差不多，然而其消耗很大，成本也不低，重要的是一個(gè)是它的速度很不快，但是串行 ROM 它的特征是占用空間小 ，既省錢(qián)又小功率損耗，然而它的缺點(diǎn)是讀寫(xiě)的時(shí)候很麻煩，運(yùn)行起來(lái)很慢慢，一般在字節(jié)數(shù)跟寫(xiě)入的次數(shù)少的這樣的情形下使用。 因?yàn)殡姵毓芾硐到y(tǒng)的工作時(shí)間長(zhǎng)，要對(duì)很多數(shù)據(jù)進(jìn)行保存例如充電電壓、充電電流、充電時(shí)間、充電的電量等，當(dāng)斷電的時(shí)候要保存好這些數(shù)據(jù)，因?yàn)殡妷?、電流。電量等?shù)據(jù)比較少，所以從后實(shí)際出發(fā)可以選用 24LC16 芯片，這樣既節(jié) 省了錢(qián)又能很好的完成工作， 這種芯片功率損耗比較低 ，他不僅結(jié)構(gòu)緊密而且接口也很容易，時(shí)鐘周期頻率可以達(dá)到很高，寫(xiě)的周期時(shí)間最小可為 5 毫秒，芯片的電 可 擦出 ROM 位數(shù)是 16Kbit 位，它可以在低于 的情況 可以 維持運(yùn)行，它的等待電流是 4uA，該芯片里面的數(shù)據(jù)能夠擦寫(xiě) 100萬(wàn)次，而且數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存時(shí)間很長(zhǎng)在四十年以上，該芯片具有 8 腳 DIP 封裝還有多引線的 SOIC 封裝。該芯片與主控制芯片硬件接口如下圖。 + 3 . 3 V1234B I O / I O P C 1C L K O U T / I O P E 0123D S PA 0A 2A 1V S SV C CW PS C LS D A2 4 L C 1 68765 該芯片需要提供 伏的電壓供電， 因此不用顧及它與主控制芯片的電平之間的裝換，芯片里面的 WP 是硬件的寫(xiě) 保護(hù)管教，當(dāng)這一端是高電平的時(shí)候，關(guān)閉寫(xiě)操作，這一端是低電平的時(shí)候允許讀寫(xiě)操作，芯片內(nèi)的 SCL 表示串行時(shí)鐘輸入端，它的功能是控制數(shù)據(jù)的傳輸， SDA 表示串行數(shù)據(jù)的輸入和輸出的復(fù)用段，本畢業(yè)設(shè)計(jì)中把 A0A1A2 設(shè)置為片選引腳，將它們接地， 24LC02 的工作方式是經(jīng)字節(jié)去選擇器件內(nèi)部地址還有選擇進(jìn)行何種操作。 DSP 仿真器和 JTAG 接口 與單片機(jī)的仿真器不一樣，在 DSP 內(nèi)沒(méi)有，但是可以由 IE 標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口與 DSP 開(kāi)展仿真， 因此它一定要有去仿真的對(duì)象和目標(biāo)系統(tǒng)，與 DSP 接口然后由它來(lái)針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)。 本 電池管理系統(tǒng)硬件電路由 14 引腳的連接口，運(yùn)行主控制芯片的軟硬件。它的接線如圖所示。 T M ST D IT D OT C KE M U 0T R S T+ 5 V+ 3 . 3 VE M U 1135791 11 324681 01 21 4 TMS 是表示模擬的輸入信號(hào)，當(dāng) TCK 達(dá)到上升沿的時(shí)候， TMS 狀態(tài)就可以決定 TAP 將執(zhí)行什么工作狀態(tài)； TCK 表示的是測(cè)試時(shí)鐘，它是用來(lái)提供適中的為寄存器與控制器， 它們會(huì)隨著 TCK 同步信號(hào)串行移入數(shù)據(jù)和指令； TDI 是數(shù)據(jù)寄存器和指令的串行輸入端，當(dāng) TCK 達(dá)到上升沿的時(shí)刻，系統(tǒng)就會(huì)對(duì) TDI 引腳數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并將結(jié)果傳送到寄存器中； TDO 跟 TDI 的操作模式一樣，區(qū)別是 TDO 是在 TCK 下降沿而不是上升沿發(fā)生改變。 TAP 指的是用于測(cè)試的訪問(wèn)端口。 信號(hào)采集 表征電池 性能 的參數(shù) 有很多，例 如電流、溫度、電壓、內(nèi)阻等，應(yīng)用過(guò)程中對(duì)一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制可保障系統(tǒng)的壽命和應(yīng)用安全，一般檢測(cè)電壓、溫度、電流來(lái)判斷和控制電源系統(tǒng)工作狀況。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和功能圖。 監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)量電池的關(guān)鍵參數(shù)電壓、電流、溫度，估計(jì)電池模塊的 SOC 和 SOH。BMS中 采集的數(shù)據(jù)可以有效管理和控制電池，所以數(shù)據(jù)的采樣頻率、數(shù)據(jù)過(guò)濾和精度很重要。 電壓 檢測(cè)信號(hào) 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(shí)電池 的端電壓判斷電池是否過(guò)充電，此外通過(guò)電壓的測(cè)量也可以初步估計(jì)電池的 SOC。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的管理對(duì)象是鎳氫電池，電動(dòng)汽車(chē)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(diǎn)所在的共模電壓較高，而且兩個(gè)采集點(diǎn)之間的壓差不大，所以這些采集點(diǎn)需要經(jīng)過(guò)隔離才能實(shí)現(xiàn)良好的檢測(cè)， 在采集點(diǎn)的電路前段和 在 處理的后端進(jìn)行隔離，隔離也體現(xiàn)在各單體電池檢測(cè)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(huì)造成前面的電池發(fā)生損壞，被測(cè)系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)公地是電壓采集電路一定要做到的，對(duì) 電池電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)時(shí) BMS 不僅做好共地而且要避免短路的發(fā)生。 系統(tǒng)要隔離和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的通信，可取用線性光耦，就會(huì)把前面的電池采集到的電壓信號(hào)分開(kāi)，后面的處理當(dāng)中要把大電壓依照有關(guān)規(guī)定變小，這樣就可以把電池的電壓該變量及時(shí)準(zhǔn)確地傳給主控芯片，然后再經(jīng)過(guò)多路開(kāi)關(guān)后送到微處理器中處理。 光耦 合 隔離的 優(yōu) 點(diǎn)是速度快，實(shí) 時(shí)性特別好 ，光耦 合 隔離兩端的信號(hào)連接上完全隔離，不存在任何關(guān)系，所以即使在光耦 合 的輸出端 出現(xiàn) 短路也不會(huì)給電池的使用造成任何影響，而且光偶的尺寸要小，光耦 合 將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào) 進(jìn)行采集，解決了共地的問(wèn)題，它與傳感器相比它的性?xún)r(jià)比更高。單體電池的電壓采集電路如下圖。 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(guò)光耦 合 隔離開(kāi)關(guān)的切換，可以把 1號(hào)到 32號(hào)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(shí)候一次只有兩個(gè)開(kāi)關(guān)在同一時(shí)刻導(dǎo)通，它們工作的過(guò)程是 S1 和 S2 接通，別的開(kāi)關(guān)都不接通，電池單體 B1 的電壓接入采樣總線上；然后開(kāi)關(guān) S2和 S3接通，剩下的開(kāi)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(gè)電池的電壓信號(hào)，從而對(duì)整個(gè)電池組內(nèi)的所有電壓采樣。用可編程邏輯器件 CPLD 來(lái)實(shí)現(xiàn)光耦 合 隔離的開(kāi)通和關(guān)斷控制的信號(hào) 。 B 3 2 B 3 1 B 2 B 13 2 節(jié) 單 體 電 池V hV 1S 3 3 S 3 2 S 3 1 S 3 0 S 4 S 3 S 2 S 1差 分 電 路 輸 入 端B 3 0B 3 電壓采集電路采集出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬開(kāi)關(guān)傳輸?shù)?DSP 里邊的 AD 裝換器，使系統(tǒng)變得很簡(jiǎn)單。 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(kāi)關(guān)也會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，有下面兩個(gè)原因 。第一，在多路開(kāi)關(guān)中，沒(méi)有接通的通道有漏電流，這些漏電流會(huì)通過(guò)未連接的通道還有已經(jīng)連接的通道和信號(hào)源的內(nèi)阻形成回路，從而在 信號(hào)源上出現(xiàn)壓降導(dǎo)致衰減了信號(hào)；第二多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中，接通的通道自身的導(dǎo)通電阻使輸入模擬信號(hào)在電阻上出現(xiàn)壓降， 導(dǎo)致信號(hào)減弱。 電流采集 電流既是 判斷電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)流的依據(jù)又是根據(jù)電流、時(shí)間的庫(kù)侖計(jì)量來(lái)估計(jì)電池 SOC 的重要依據(jù)。所以對(duì)電流的精度、零漂、溫漂、抗干擾能力、和線性誤差的要求都比較高目前主要有霍爾電流傳感器和分流器兩種方案來(lái)測(cè)量高精度大電流，霍爾電流傳感器的電路比分流器的電路要簡(jiǎn)單，但是隨溫度的變化比較大， 采用分流器的方案因?yàn)樾枰⌒盘?hào)的放大隔離等措施，雖然電路很復(fù)雜但是它的溫度穩(wěn)定性比較好。電 動(dòng)汽車(chē)中通常選用霍爾電流傳感器。電流的檢測(cè)精度對(duì)剩余電量的估計(jì)影響很大， 溫度 檢測(cè)信號(hào) 采集 采集板在對(duì) 384 節(jié)單體鎳氫電池電壓采集信號(hào)后還要對(duì)電池測(cè)量溫度，采集溫度信號(hào)，然后傳送到主控制芯片。 所有的電池都有自己安全工作的溫度范圍，工作過(guò)程中電池的溫度一直都在變化，為避免電池過(guò)熱而影響電池的狀態(tài)和功能，可以設(shè)定電池工作溫度范圍的上下限，電池出現(xiàn)故障，電池的溫度發(fā)生不正常的現(xiàn)象，對(duì)所有電池的溫度進(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)可以及時(shí)直到電池發(fā)生了故障，及時(shí)更換可以避免不必要的損失。 下面 電池管理系統(tǒng)利用熱敏電阻來(lái)檢測(cè)電池的溫 度，通過(guò)電橋電路把電池的溫度信號(hào)裝換成電壓，選用熱敏電阻 RMDZ1，它的體積小連線長(zhǎng)而且價(jià)格便宜，此外它還有一個(gè)方便的地方就是他可以貼在單體電池的外表面上，它的缺點(diǎn)是線性度的問(wèn)題上不好，對(duì)電池的兩個(gè)界限溫度進(jìn)行檢測(cè)，再通過(guò)計(jì)算溫差發(fā)現(xiàn)出故障的電池，溫度采樣電路如圖所示 C T 1C T 21 0 u FR T 21 KR M Z D 1C T 3C T 41 0 u FR T 15 1 KR T 45 1 K+ 1 5 V324U T 1 AR T 8 , 1 0 0 KR T 1 0 , 1 0 0 KU T 1 BL M 2 5 8765L M 2 5 8 AR T 7 , 1 KR T 6 , 1 0 0 KG N DG N D+ 1 5 V1B 1 B1點(diǎn)的電壓和溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示 溫度 （℃） 10 0 10 20 30 電壓 （ V） 另一種測(cè)量溫度的方法是選取數(shù)字 溫度傳感器 DS18B20，它可以編程 9至 12位的 AD 轉(zhuǎn)換精度，信號(hào)變換速度很快，精度很高，適合用來(lái)測(cè)量電池的溫度和其他方面的要求。 它只需要采用一根總線就可與主控制芯片 DSP 傳達(dá)信息，所有DSB18B20 并連在一起， DSP 利用它內(nèi)部的芯片識(shí)別溫度信號(hào)，可以選用多種方式為芯片提供電源，因?yàn)樾枰?DSB18B20 較多，所以選用遠(yuǎn)端供電，因?yàn)槭褂玫脑骷N類(lèi)并不多所以電路比較簡(jiǎn)單，僅須將采集到的溫度信號(hào)通過(guò)信號(hào)傳輸線、電源線和地線就可以了。 信號(hào)線通過(guò) IO 口和 DSP 主控制芯片連接起來(lái)，通 過(guò)可以編寫(xiě)程序的 IO 口來(lái)模擬 總線時(shí)序，對(duì) DS18B20 內(nèi)的芯片去執(zhí)行讀和寫(xiě)的操作，為了組織發(fā)生高阻態(tài)就一定要在信號(hào)線處接上一個(gè)上拉電阻連接到遠(yuǎn)程供電電壓 處， 選取該方法測(cè)量溫度， 溫度采集電路如圖所示。 CRD S 1 8 B 2 0 D S 1 8 B 2 03 . 3 VI OG N D AD 保護(hù)電路 BMS 采集鎳氫電池的電壓、溫度等參數(shù)，每次充放電都會(huì)使電池的壽命發(fā)生變化，電池出現(xiàn)故障時(shí)，這些參數(shù)都會(huì)發(fā)生變化，主控制芯片內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入通道是單極性的 ，因此在電壓變化的情況下，要把外界電路輸入端改變一下，從 DSP 的安全角度出發(fā)同時(shí)也是為了 BMS 系統(tǒng)的 安全運(yùn)行，所有模擬信號(hào)在送達(dá)DSP時(shí)先經(jīng)過(guò) AD 保護(hù)電路。 二極管的功能是過(guò)載保護(hù)，把接口電壓控制保持在 + 和 范圍之內(nèi)，做到保護(hù)控制電路，電阻和電容的功能是是濾除所有干擾信號(hào)， 能較好地 抑制見(jiàn)風(fēng)噪聲。 D S PA DR 6 32 7 0 KC 2 50 . 0 1 u FD 2 84 1 4 8D 2 74 1 4 8+ 1 5G N DG N D 采樣保持器 要想得到同一時(shí)刻的電壓信號(hào)，電路中要加入采樣保持環(huán)節(jié)采樣保持器如圖所示，從模擬多路開(kāi)關(guān)得到的單體電池的電壓作為前邊一個(gè)采樣保持器輸入，從電流傳感器得到的表示電流信號(hào)的電壓信號(hào)作為后邊的保持器的輸入，主控制芯片傳遞信號(hào)給采樣保持器 ， 觸摸屏 觸摸屏 ，我們也叫它 “觸控屏 ”或者 “觸控面板 ”， 它 是一種 液晶顯示裝置 ，它可 以識(shí)別 觸頭等輸入 信 號(hào) ， 觸摸屏 用的是 是絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)，直接點(diǎn) 擊需要的位置即可實(shí)現(xiàn)功 能 ， 它跟 鼠標(biāo) 的 相對(duì)定位系統(tǒng) 原理其實(shí)在 本質(zhì) 是一樣的 。 當(dāng) 用手指 按 屏幕上的圖形按鈕 的 時(shí) 候 ， 上 面得反饋系統(tǒng)會(huì)有 觸覺(jué) ，它可以依照原來(lái) 編程的程 序 驅(qū)動(dòng) 所有的聯(lián)結(jié) 裝置， 可以用它代換 機(jī)械式的按鈕 版 ， 不僅如此它的 液晶顯示畫(huà)面 可以 制 產(chǎn)生五彩繽紛、五顏六色 的影 視 音 樂(lè)得 效果。觸摸屏目前是 最新 和 最潮流 的 輸入設(shè)備， 同時(shí) 它 不僅特別 簡(jiǎn)單 而且還 方便 自然 ，利索當(dāng)