【導(dǎo)讀】汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了機(jī)械、能源、橡膠、鋼鐵等重要產(chǎn)業(yè)的發(fā)。展，但同時(shí)也日益面臨著環(huán)境污染、能源短缺的嚴(yán)重問(wèn)題。作為發(fā)展電動(dòng)車的關(guān)鍵技術(shù)之一的電池管理系統(tǒng)，是純電動(dòng)。車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是這樣一個(gè)電池管理系統(tǒng)，可以直接。池溫度、車速等數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、采集和分析。

　　

【正文】 周圍環(huán)境因素影響和外界干擾的存在等，使得測(cè)量結(jié)果不能準(zhǔn)確地反映出被測(cè)量的真值而存在一定的偏差，這個(gè)偏差就是測(cè)量誤差，簡(jiǎn)稱為誤差。 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。因此，對(duì)于一個(gè)樣品來(lái)說(shuō)，采用不同的分析方法常常得到不同的分析結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)我們采用不同手段對(duì)同一樣品進(jìn)行同一項(xiàng)目測(cè)定時(shí)，經(jīng)常得到不同的結(jié)果，說(shuō)明分析方法和操作均會(huì)引起誤差。 (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。 (3) 操作環(huán)境：操作環(huán)境誤差是由于操作的環(huán)境狀態(tài)，如濕度、溫度、氣壓、振動(dòng)、電磁場(chǎng)、光線等條件與要求不一致 而引起儀器設(shè)備的量值變化，儀器指示滯后或超前而產(chǎn)生誤差。此外，環(huán)境對(duì)分析對(duì)象本身也會(huì)引起改變。 誤差的處理 為了提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，減小誤差對(duì)數(shù)據(jù)的影響，本文從誤差來(lái)源上進(jìn)行分析和處理，最終爭(zhēng)取將誤差的影響減弱到最低程度。 1 設(shè)備誤差的處理 (1) 標(biāo)準(zhǔn)器 件 誤差的處理：本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于 系統(tǒng)中各個(gè)參數(shù)的 測(cè)量 所采用 的器件的標(biāo)準(zhǔn)均 比文中所要求的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)高一級(jí)別，如 采用惠普多功能萬(wàn)用表來(lái) 測(cè)量電壓和電流，高 精度 的點(diǎn)溫計(jì)進(jìn)行溫度測(cè)量等等。 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。 30 (2) 儀表誤差的處理：本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇了較好的元器件、設(shè)計(jì)了較為合理的測(cè)試程序，并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牟季郑@樣就可以減少在測(cè)量過(guò)程中儀器本身引起的誤差。 (3) 附件誤差的處理：本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)成熟的接口器件可以減少觸點(diǎn)的影響等。這樣可以減少在測(cè)量過(guò)程中 由 附件引起的誤差。 2 環(huán)境誤差的處理 在測(cè)試過(guò)程中， 本 文設(shè)計(jì)車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)環(huán)境相對(duì)較為良好，溫度、濕度和電磁干擾對(duì)本儀器的影響 相對(duì)較小 。 一些惡劣的環(huán)境由于條件的限制暫時(shí)無(wú)法模擬。但信號(hào)采集系統(tǒng)在工作的過(guò)程中 ，對(duì)各個(gè)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償和修正，以此抵消或削弱外界環(huán)境的變化對(duì)儀器測(cè)量所帶來(lái)的誤差。 3 人員誤差的處理 人員誤差是由測(cè)量人員造成的，包括技術(shù)性誤差、粗心大意誤差、程序性誤差、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。 4 方法誤差的處理 在對(duì)數(shù)據(jù)的處理上，本文在一組數(shù)據(jù)（本文是 10個(gè)數(shù)據(jù)）中檢測(cè)出 1～ 2個(gè)不可靠數(shù)據(jù)并利用剩下的數(shù)據(jù) 求加權(quán)平均 計(jì)算出一個(gè)測(cè)試結(jié)果，這種 處理方法可以在很大程度上 減少由于外界環(huán)境造成的尖峰干擾，比較 符合 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 要求 。 誤差分析 測(cè)控系統(tǒng)的非線性 在車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，測(cè)控系統(tǒng)的非線性包括傳感器的非線性、放大器的非線性以及 A/D 轉(zhuǎn)換器的非線性。 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。因此，要根據(jù)實(shí)際條件選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌? 31 電子學(xué)放大器也不是理想的，也存在線性度和線性范圍的問(wèn)題。在對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，由于從傳感電路采集到的電壓比較小，不適合直接接到 ADS1218的測(cè)量通道。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。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。失調(diào)電流的存在使得放大器偏離了理想曲線，在檢測(cè)結(jié)果上，就表現(xiàn)為系統(tǒng)的非線性誤差；另外，放大倍數(shù)不一定準(zhǔn)確，它的誤差也會(huì)引起非線性誤差。 A/D 轉(zhuǎn)換器和放大器一樣，存在非線性誤差和失調(diào)電壓，最終使系統(tǒng)的線性變差。 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。來(lái)自系統(tǒng)以外的電磁干擾會(huì)產(chǎn)生和噪聲一樣的結(jié)果。對(duì)于強(qiáng)信號(hào)和弱信號(hào)來(lái)說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)和系統(tǒng)所處的干擾環(huán)境一定時(shí)，噪聲和干擾的水平是一樣的，因此在檢測(cè)結(jié)果上，弱信號(hào)更容易偏離其固有的真值。 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 電子學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求包括放大器系統(tǒng)、傳感器的溫度漂移和無(wú)線數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性。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)。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。并且為了保證系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果的正確性，在軟件實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中 ，采用了去掉一個(gè)最大值，以及一個(gè)最小值，然后對(duì)剩余的數(shù)值求平均的算法。這樣就要求系統(tǒng)在一次來(lái)自終端的測(cè)量請(qǐng)求后，需要連續(xù)讀取 5 次連續(xù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果，這就對(duì)整個(gè)氣象站的系統(tǒng)相應(yīng)提出了比較高的要求。 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。數(shù)據(jù)如表 所示 表 不同工況的電壓值 電池編號(hào) 檢測(cè) 方法 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 萬(wàn)用表測(cè)得 電機(jī)未啟動(dòng)采集系統(tǒng)測(cè)得 電機(jī)啟動(dòng)采集系統(tǒng)測(cè)得 根據(jù)上表數(shù)據(jù)，在 MATLAB 里輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，得出圖 51 所示的三種檢測(cè)方式 的數(shù)據(jù)曲線。從圖中可以 看出 系統(tǒng)在電機(jī)不啟動(dòng)狀態(tài)下測(cè)得的電壓值與 電池 實(shí)測(cè)電壓 相差較小，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí) ，由于電機(jī)存在較大的電磁干擾，導(dǎo)致電池上存在一定的浮電壓，因此 采集系統(tǒng)所測(cè)得的電壓值 存在比較大的波動(dòng) ，數(shù)據(jù)顯示Δ Umax=，在系統(tǒng)允許的誤差范圍內(nèi)。 33 圖 51 三種不同狀態(tài)下系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)曲線 整機(jī) PCB 板設(shè)計(jì) PCB 板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)電路板抗干擾能力影響很大。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。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。為了設(shè)計(jì)質(zhì)量 好、造價(jià)低的PCB，本文在設(shè)計(jì)中 考慮了以下 幾個(gè) 方面 。 1 整體布局 (1) 首先，要考慮 PCB尺寸大小。 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。本設(shè)計(jì)在保證了很好的抗干擾能力和散熱條件下確定了合適的 PCB 尺寸。 在元件位置的安排上，根據(jù)信號(hào)的輸入輸出流向進(jìn)行安排。這樣可以使得整個(gè)電路板的設(shè)計(jì)比較清晰，也方便最后的板級(jí)調(diào)試。 34 (2)發(fā)熱量多的元件應(yīng)考慮散熱問(wèn)題。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 。為保證電路在高壓降的條件下也能正常工作，我們?cè)谛酒暇惭b了散熱片，芯片和散熱片之間涂上導(dǎo)熱性較好的硅膠。同時(shí)，在 PCB制版布線的時(shí)候，在芯片周圍留出比較大的散熱空間，通過(guò)版面上的網(wǎng)格敷銅增加散熱的效果。 (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。 (4) 在印制電路板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)娜ヅ弘娙荨? 2 布線 (1) 輸入和輸出端的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好在輸入輸出端的導(dǎo)線之間添加地線，以免發(fā)生反饋耦合。 (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。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。必須用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀，這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體 [34]。 (3) 根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。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。 (4) 線路板上的數(shù)字地和模擬地分開(kāi)，接地線應(yīng)盡量加粗。 [35] 本章首先從誤差的概念、表示方法、來(lái)源和分類等方面對(duì) 誤差進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述，接著對(duì)誤差作了詳細(xì)分析，然后主要介紹了溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、壓力測(cè)量模塊的誤差處理方法。最后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)氣象站的整機(jī) PCB 板設(shè)計(jì)以及防雷保護(hù)進(jìn)行了闡述。 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 。 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。通過(guò)軟件和硬件的濾波、光耦隔離等措施，保證了采集信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。因此蓄電池管理系統(tǒng)大大提高了電池的維護(hù)效果，延長(zhǎng)了蓄電池的壽命。 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 。 本文所設(shè)計(jì)的車載網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還存在以下的不足： (1)硬件完善 由于時(shí)間有限，系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有采用 can總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，另外在對(duì)電壓進(jìn)行采樣的電路也沒(méi)有完全保證到各電池組精度完全一樣。所以，硬件電路還需要進(jìn)一步的完善。 (2)軟件優(yōu)化 為了實(shí)現(xiàn)方便，系統(tǒng)在變量定義時(shí)沒(méi)有很仔細(xì)的考慮，增加了系統(tǒng)資源的開(kāi)銷另外程序結(jié)構(gòu)還有待進(jìn)一步優(yōu)化。 (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。 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 . 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