【導(dǎo)讀】我國(guó)有些地方出現(xiàn)了柴油、汽油緊缺的現(xiàn)象。電動(dòng)汽車是解決這一系列難題的一。動(dòng)汽車的能源利用率高，正符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保的政策，。動(dòng)汽車的研究表較早，很多大學(xué)和汽車公司已經(jīng)研制出了很多類型的電動(dòng)汽車，作為動(dòng)力來(lái)源的。目前世界各國(guó)都在大力研制電動(dòng)汽車。下面介紹幾種典型的電池管理系統(tǒng)。電池模塊配備的平衡器?？傮w控制方案中，采用CAN總線模式，微處理單元采用。全管理、能量管理、電池管理和故障診斷功能。BCU實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池工作狀態(tài)，向各子程序系統(tǒng)發(fā)送正確的指令以使動(dòng)力電。使用過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行早期的診斷和充電。動(dòng)車的運(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。系統(tǒng)計(jì)算此時(shí)充電機(jī)應(yīng)當(dāng)采取何種充電方式給電池充。證整車能量的供應(yīng)。

　　

【正文】 1 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 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充電，此外通過電壓的測(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 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，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)過多路開關(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，解決了共地的問題，它與傳感器相比它的性價(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)，通過光耦 合 隔離開關(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)開關(guān)在同一時(shí)刻導(dǎo)通，它們工作的過程是 S1 和 S2 接通，別的開關(guān)都不接通，電池單體 B1 的電壓 接入采樣總線上；然后開關(guān) S2 和 S3 接通，剩下的開關(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)過模擬開關(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，在多路開關(guān)中，沒有 接通的通道有漏電流，這些漏電流會(huì)通過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)過充電和過流的依據(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，工作過程中電池的溫度一直都在變化，為避免電池過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)通過信號(hào)傳輸線、電源線和地線就可以了。信號(hào)線通過 IO 口和 DSP 主控制芯片連接起來(lái)，通過可以編寫程序的 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 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 AD 保護(hù)電路。 二極管的功能是過載保護(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 ，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 液晶顯示畫面 可以 制 產(chǎn)生五彩繽紛、五顏六色 的影 視 音 樂得 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)然的它是 人機(jī) 相互交流的 方式。它 不但給 多媒體 了 嶄新 面貌， 同時(shí)它也成為 極富大眾 吸引力的 新一代人機(jī) 交互設(shè)備。 為了方便操作 本系統(tǒng)選用觸摸屏 作 為系統(tǒng)的顯示和輸入設(shè)備，它不僅方便直接而且美觀，很受大眾青睞， 關(guān)于觸摸屏的內(nèi)部的具體原理構(gòu)造，在本畢業(yè)設(shè)計(jì)里不做過多的介紹，畢竟是新生事物，本人對(duì)觸摸屏 內(nèi)部接線原理不太了解 ，只要我們會(huì)基本的應(yīng)用即可，就好像是手機(jī)，有手機(jī)的每個(gè)人都會(huì)用，但關(guān)于它的原理大部人不懂， 實(shí)際上不需要，會(huì)用即可。 為了操作上的方便，人們用觸摸屏來(lái)代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時(shí)，首先用手指或其它物體觸摸安裝在 顯示器 前 端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來(lái)定位選擇信息輸入。觸摸屏 的構(gòu)成部件 是 觸摸檢測(cè)部件 還有 觸摸屏控制器組成；觸摸檢測(cè)部件 放置于 顯示器屏幕 的 前面， 目的是由它 檢測(cè) 外部的 觸摸位置， 然后將接收到的信號(hào)送到 控制器； 將接觸平送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理把變換成觸電的坐標(biāo)，再把這個(gè)數(shù)據(jù)傳送到 DSP 主控制器，有主控制起來(lái)發(fā)布命令并由它執(zhí)行。 過溫保護(hù) 充電機(jī)介紹 充電機(jī)是用來(lái)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(lái)的相關(guān)數(shù)據(jù)，輸出用戶需要的電壓和電流給動(dòng)力鎳氫電池充電。 其中電壓與電流的變換是在充電機(jī)內(nèi)完成的，只需將電池充電系統(tǒng)的的接口接通充電機(jī)就可以了。 充電機(jī) 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(cè)器、充電電流檢測(cè)器、定時(shí)器、溫度檢測(cè)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，電池電壓調(diào) 節(jié)精度是正負(fù) ％，提高了電池性能并延長(zhǎng)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(wú)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(shí)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(cè)到輸入電流大于設(shè)定的門限電流時(shí)，通過降低充電電流從而控制輸入電流，因?yàn)橄到y(tǒng)工作時(shí)電 源電流的工作范圍很大，充電器如果沒有輸入檢測(cè)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(huì)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(duì)直流電源的要求，也簡(jiǎn)化了輸入電源的設(shè)計(jì)。 MAX1898 外接限流型充電電源和 P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管，可以對(duì)單節(jié)鎳氫電池進(jìn)行安全有效的快充，它的最大特點(diǎn)是在不使用電感的情況下，仍仍 能做到很低的功率損耗，實(shí)現(xiàn)預(yù)充電具有過壓和過溫 的保護(hù)功能，它的最長(zhǎng)充電時(shí)間限制為鎳氫電池提供的二次保護(hù)。 第四章智能充電 控制 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(lái)說它應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下幾種功能。 電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要目的是實(shí)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(jì)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn) (1)它在較短的時(shí)間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)蓄電池組的充電，使其電池容量達(dá)到工作的要