【正文】 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。過溫保護第四章智能充電電路設(shè)計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。電動汽車智能充電系統(tǒng)的設(shè)計，主要目的是實現(xiàn)鉛酸蓄電池組智能充電，具體而言，智能充電系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該實現(xiàn)以下幾點(1)它在較短的時間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)對蓄電池組的充電，使其電池容量達到工作的要求。能夠?qū)﹄姵亟M的初始狀態(tài)做出檢測，確定蓄電池組的初始荷電狀態(tài)，端電壓，電池溫度。如果初始電壓值低于系統(tǒng)設(shè)定的最小電壓值時，則首先對電池組進行小電流涓流充電。直到電池組的端電壓達到設(shè)定的閥值時，系統(tǒng)再自動轉(zhuǎn)入快速充電階段，按照設(shè)定的快速充電策略對電池組進行快速充電。當(dāng)蓄電池充滿電之后，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)，對蓄電池組進行補足充電。系統(tǒng)在渭流充電，快速充電和浮充三種狀態(tài)之間能夠根據(jù)實際情況，自動做出切換實現(xiàn)充電的智能性。(2)系統(tǒng)電路在工作時，能夠?qū)π铍姵亟M的狀態(tài)做到實時監(jiān)測，對系統(tǒng)參數(shù)進行實時采樣和分析，并及時做出反饋調(diào)整蓄電池充電的相關(guān)參數(shù)，保證蓄電池組在其充電電流曲線近似逼近理想曲線的狀態(tài)下對電池組進行充電。(3)能防過充、去硫化，對蓄電池組存在不均衡性進行調(diào)整，減小每個蓄電池之間的差異性，延長蓄電池組的使用壽命。(4)系統(tǒng)在充電的整個過程中，從充電初期到最后充電結(jié)束，通過硬件和軟件的手段提高電路的可靠性，使得電路能夠正常的工作，不會出現(xiàn)意外情況造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞和人員傷亡，如能夠?qū)π铍姵氐臏囟冗M行檢測，當(dāng)溫度出現(xiàn)異常時能夠?qū)﹄娐凡扇”Ｗo措施，同時對其他電路元件(如IGBT)也起到很好的保護，從而保證電路和蓄電池組的安全性以及人身安全。如果出現(xiàn)異常，能夠自動轉(zhuǎn)入安全狀態(tài)或者停止充電。4．2充電系統(tǒng)基本參數(shù)的確定充電系統(tǒng)的設(shè)計，需要考慮兩個方面的因素，其一是蓄電池組的相關(guān)信息，其二是電動汽車的要求，因為充電系統(tǒng)的設(shè)計是依托于電動汽車進行的，所以在設(shè)計時這兩種因素都要考慮進去。(1)充電電壓范圍針對某具體項目的要求，動力電池組采用鎳氫電池，電池組由３８４個1．2V的３００Ah的蓄電池構(gòu)成，總動力電壓為４６０．８V。單個蓄電池理想電壓為１．２V，其充電飽和電壓如果假設(shè)為１．４V，那么就有蓄電池組的極限端電壓為：４６０．８Vx１．４／１．２=５３７．６V。充電電路在工作時還需要考慮到一定的域量，也就是說為了保證電路的可靠性和安全性，我們將蓄電池的充電電壓最大值取為５５０V,這樣，充電系統(tǒng)的輸出端電壓應(yīng)在0～５５０V內(nèi)可調(diào)。(2)充電電流范圍充電電流的大小要求在工作時也是可調(diào)的，系統(tǒng)采用３００Ah的蓄電池，如果采用l０C的充電率進行充電，充電電流大小為３０A；采用２０Ｃ的充電率時，系統(tǒng)充電電流大小為１５A(chǔ)。在設(shè)計充電電路時還要考慮到電路的通用性，即保證充電電路可以對至少同一型號的不同電壓值(蓄電池端電壓值５５０V)的蓄電池組充電，所以系統(tǒng)充電電流設(shè)定在0,60A內(nèi)可調(diào)。4．3充電電路結(jié)構(gòu)根據(jù)智能充電系統(tǒng)的功能設(shè)計目標(biāo)確定充電電路的基本功能電路，進而確定智能充電電路的大致結(jié)構(gòu)(如圖4．1所示)。充電電路從根本上講是一種大功率的高頻開關(guān)電源。所謂開關(guān)電源，是指采用t交流一直流一交流—直流’’電路結(jié)構(gòu)的電源裝置。采用開關(guān)電源設(shè)計的突出優(yōu)點是其工作頻率較高的交流環(huán)節(jié)可以使變壓器和濾波器體積變得很小，從而使得充電電路的體積和重量大大降低，具有較好的實用性。同時，電路中采用功率變換電路，提高了工作頻率，從而提高了電路的電能利用效率，這對節(jié)能而言是具有重要意義的。充電機介紹充電機是用來負(fù)責(zé)給電池充電的裝置，它根據(jù)用戶選定的充電模式和電池管理系統(tǒng)通過ＣＡＮ總線送來的相關(guān)數(shù)據(jù)，輸出用戶需要的電壓和電流給動力鎳氫電池充電。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。充電機選用的充電芯片是MAX1898，它的內(nèi)部電路包括輸入電流調(diào)節(jié)器、電壓檢測器、充電電流檢測器、定時器、溫度檢測器和主控制器。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，％，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。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。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。MAX1898外接限流型充電電源和P溝道場效應(yīng)管，可以對單節(jié)鎳氫電池進行安全有效的快充，它的最大特點是在不使用電感的情況下，仍仍能做到很低的功率損耗，實現(xiàn)預(yù)充電具有過壓和過溫的保護功能，它的最長充電時間限制為鎳氫電池提供的二次保護。第六章智能充電程序與控制算法設(shè)計6．1充電終止判斷方法在充滿電后電池管理系統(tǒng)要對充電做出指令停止充電，只要是充電的停止命令設(shè)置的合適，充電過程就會安全進行而且電池在自動充滿電后不會出現(xiàn)影響電池工作的問題和弊端，這對于電池的維護來說是很重要的同時也很有意義，所以要設(shè)計程序充滿電后對充電機進行合理的控制，這樣才能體現(xiàn)出智能充電方案智能充電特點和優(yōu)勢，才會得到越來越多的大眾認(rèn)可，將技術(shù)推廣開來。因為各個電池在這個工藝，材質(zhì)和電解液等方面并不是完全一致可能會存在少許的差異，這樣電池在充電的時候就會出現(xiàn)偏差，這樣可能就會發(fā)生容量低的電池在充電過程中比其他電池早一點充滿電再繼續(xù)充的話就出現(xiàn)過充現(xiàn)象，這個差距在繼續(xù)充電的過程中會繼續(xù)增大。這樣就會使出現(xiàn)過沖的電池毀掉了，使用過程中就會會影響電池組的性能對其他電池也是會產(chǎn)生損壞的，電動車的動力和安全性能也會降低，所以由此來看實時檢測電池精確執(zhí)行電池停止充電，這樣一來就可以使用控制方法及時解決問題。用電壓電流曲線斜率法對充電是不是已經(jīng)停止來判斷。這個方法把電壓曲線率是某個值的時候認(rèn)為是終止。在下圖中能夠知道鎳氫電池在恒值電流的時候Ｕ增加的很快，中間是一個很平和的時間段，到最后的時候電壓的改變量一直在增加，在這個時候很可能會出現(xiàn)過度充電的現(xiàn)象，Ａ點是充電終止點。6．2智能充電的控制流程如圖所示就是充電的具體流程如圖6．2所示，首先系統(tǒng)在上電之后就是系統(tǒng)初始化。在充電中這一步是一個關(guān)鍵，這一步是充電前的基本工作，之后電池管理系統(tǒng)檢測電池是否已經(jīng)連接上，如果發(fā)現(xiàn)沒有連入充電機或者某地方出現(xiàn)故障，它就會提示請重新檢測電池是否已連接。單體電壓和單體溫度， 接下來，根據(jù)用戶的需求的充電方式進行電壓和電流轉(zhuǎn)換，選擇充電過程中的充電方式進行確定電池組的充電模式，實時測量電池單體的各項狀態(tài)并做好記錄保存。假如電池的自身溫度比這個允許充電溫度最低值還要低，那么就可以給電池充電，假如剛開的時候充電數(shù)據(jù)比涓流值還要小的話，那么電池就進入到該種方式，假如剛開始電池的相關(guān)數(shù)據(jù)在閥值之上，那么起始階段就對電池進行快速充電。此時，將蓄電池組的初始狀態(tài)參數(shù)與設(shè)定的充電電壓和電流曲線進行比較，得到合適的充電點，并將此時的充電電壓和電流值反饋到控制器中，進行分析處理算出合適的移相控制角a，進而輸出合適的PWM波形控制IGBT的關(guān)斷，從而得到需要的充電電壓和電流值，如圖6．3所示。假設(shè)系統(tǒng)檢測電池組電壓和Uol，對應(yīng)充電電壓曲線上的A，充電電流曲線上的B兩點，對應(yīng)時刻為tl，那么此時智能充電系統(tǒng)就只需要按照tl以后的充電曲線(圖6．3中的粗線部分)對蓄電池進行充電直至正常充電結(jié)束，假設(shè)充電結(jié)束時刻為t2，則整個充電時間△t=t1．t2，并做出記錄。智能充電系統(tǒng)在正常充電中，通過對蓄電池的狀態(tài)的檢測，判斷蓄電池在充電過程中出現(xiàn)電池端電壓上升速率是否過快，電池內(nèi)部是否出現(xiàn)極化現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)電池內(nèi)部出現(xiàn)極化，則調(diào)用去極化子程序?qū)π铍姵剡M行去極化處理。同時，在充電過程中，DSP對蓄電池組的實時狀態(tài)進行檢測，對充電電路進行實時保護。每隔一定時間周期對每一個蓄電池的電壓、電流、溫度以及整個蓄電池組的電壓進行采樣分析，對三相輸入的電壓、電流值進行周期采樣分析，對IGBT的溫度進行周期采樣分析，如果發(fā)現(xiàn)異常，立即調(diào)用相應(yīng)的保護中斷程序，確保電路的安全正常工作。6．3基于PID的充電控制算法PID控制，即比例、積分、微分控制，又稱PID調(diào)節(jié)，它結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便，是工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，或者不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。而智能充電系統(tǒng)中，電流、電壓以及溫度參數(shù)實時性強，變化多，數(shù)學(xué)模型復(fù)雜。在多段恒流充電與脈沖充電相結(jié)合的充電過程中，我們可以通過對采樣參數(shù)與設(shè)定參數(shù)比較，根據(jù)差值控制移相角輸出，實現(xiàn)充電算法的控制，因此應(yīng)用PD控制比較適合。PD算法包括兩類，完全微分型和不完全微分型PID[551。(1)完全微分型PID完全微分型PD算法的表達式如公式6．1所示，公式中，U(t)是指調(diào)節(jié)器的輸出量， 是指積分的時間，是指比例增益，是指微分需要的時間。公式中，e(t)是指調(diào)節(jié)器的輸出地偏差量，r(t)指的是給定值，y(t)是指測量值公式6．2中，P(f)一表示調(diào)節(jié)器輸出偏差：，．(f)—表示給定值；y(f)一表示測量值。如果對完全微分型PID算法，即公式6．1進行離散化，則得到位置型PID表達式，如公式6．3，其中，U(t)表示調(diào)節(jié)器的輸出；是指調(diào)節(jié)器在第n次的輸入出現(xiàn)的偏差；是指積分函數(shù)，T是指采樣周期；是指微分函數(shù)。由于完全微分型PID具有明顯的缺點，即其微分作用在調(diào)節(jié)過程中容易受到抑制，同時對噪聲十分的敏感，在實際應(yīng)用中很難根據(jù)偏差的趨勢進行調(diào)節(jié)，因此調(diào)節(jié)性能較差，所以不適合智能充電系統(tǒng)的控制。(2)不完全微分型PID不完全微分型PID的表達式如公式6．6所示，是指不完全微分的相，是比1小的數(shù)，采用不完全微分PID，可以避免完全微分中存在的噪聲敏感及調(diào)節(jié)性能差的缺點，能夠?qū)⒋蟮奈⒎肿饔闷交敵?，從而確保微分作用真正地起作用。同時，為了提高PID的控制調(diào)節(jié)品質(zhì)，我們通過積分分離算法對此PID進行改進。積分分離算法的具體做法如下：(a) 時，則引入積分作用；(b) 時，則取消積分作用。其中，參數(shù)a的大小根據(jù)鄖，乃，殤以及被控對象綜合考慮確定。通過對PID算法進行積分分離，能夠保證充電算法的比例作用消除大的偏差，積分作用消除小偏差，消除了積分飽和并且減小了超調(diào)，加速了過渡過程，從而改善了PIE)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，具有較為理想的調(diào)節(jié)特性。充電PID算法流程如圖6．4所示。軟件設(shè)計軟件設(shè)計概述本電池管理系統(tǒng)的軟件采用的是ARM語言來編寫程序，把軟件程序進行模塊化的設(shè)計，這樣不僅提高了程序的可讀性而且增加了如劍的可移植性，本畢業(yè)設(shè)計的研究對象是鎳氫電池，為了可實現(xiàn)程序的兼容性，這樣就不需要變換硬件僅修改一下軟件就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，本系統(tǒng)軟件的設(shè)計要求。，然后再根據(jù)其它數(shù)據(jù)電壓、電流、溫度來整定計算值。，計算SOC。，及時判斷出故障，保護電池。，將電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸給充電機進行充電。DSP資源介紹本系統(tǒng)的軟件程序利用的是DSP控制芯片的ADC模塊和通用定時器。整體設(shè)計流程主程序的功能是完成對各個子程序的調(diào)用，根據(jù)程序完成系統(tǒng)的初始化，采集數(shù)據(jù)，顯示初始狀態(tài)，計算SOC值和CAN的通訊。本系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)的主要是對電池的充電管理這一塊，BMS在充電的過程中主要是起到對電池實時監(jiān)測的功能，程序的主要功能如下： 對電池管理系統(tǒng)里面的所有寄存器進行初始化，包括事件管理器的所有命令寄存器，這個時候禁止對命令字全部中斷。 該程序是全部軟件中最重要的，它跟所有程序相關(guān)，從采集數(shù)據(jù)、獲取數(shù)據(jù)一直到CAN通訊還有所有數(shù)據(jù)的存儲都要涉及到SOC。 利用DSP主控制芯片的I/O口來控制所有芯片的采集電路，保證讓所有的模擬信號送到主控芯片的A/D轉(zhuǎn)換口。 利用CAN總線進行數(shù)據(jù)間的通訊，把充電電壓和充電電流送給充電機然后由充電機對電池進行充電。 對采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理，判斷電池健康狀態(tài)，及時判斷出電池的故障，迅速采取保護措施。系統(tǒng)主程序流程控制圖 各個部分的子程序數(shù)據(jù)采樣第七章全文總結(jié)電動汽車電池智能充電系統(tǒng)的研究，主要完成了以下工作。首先，對電動汽車用動力蓄電池及相關(guān)特性作了研究學(xué)習(xí)，尤其是對鉛酸電池工作原理、充電性能進行了研究。第二，研究了蓄電池充電的可接受充電電流定律和馬斯三定律，分析了蓄電池的常規(guī)充電方法和快速充電方法，并在此基礎(chǔ)上制定了多段恒流充電和脈沖充電相結(jié)合的智能充電方法和控制策略，能夠安全、快速的實現(xiàn)鉛酸蓄電池組的快速充電，并具有去極化的功能。第三，重點設(shè)計了智能充電系統(tǒng)的硬件電路，包括基于移相PWM功率變換的主電路和基于TMS320LF2407的充電控制電路。最后，分析了智能充電的電池充電終止判斷方法，給出了智能充電控制流程，基于PID的充電控制算法以及去極化控制流程。當(dāng)然，由于多方面原因電動汽車電池智能充電系統(tǒng)的設(shè)計還有許多工作需要進一步完成，剩下的時間內(nèi)需要繼續(xù)對蓄電池的充電算法和去極化算法做進一步開發(fā)和完善，以更好地實現(xiàn)智能充電。鎳氫電池的充電鎳氫電池的充電問題主要指高溫充電效率，在常溫狀態(tài)下充電，高溫放電，對電池的容量和性能基本沒有影響，隨著溫度的提高，鎳氫電池的充電接受能力逐漸下降，在室溫下充電容量可達100％,45℃充電容量只有常溫的7