【正文】 能夠?qū)﹄姵亟M的初始狀態(tài)做出檢測(cè)，確定蓄電池組的 初始荷電狀態(tài)，端電壓。 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(shuō)它應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下幾種功能。 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(mén)限電流時(shí)，通過(guò)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(méi)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 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(hù)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。 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。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。 為了操作上的方便，人們用觸摸屏來(lái)代替鼠標(biāo)或鍵盤(pán)。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。 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。 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。信號(hào)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。 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(xiàn)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(xiàn)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。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。所以對(duì)電流的精度、零漂、溫漂、抗干擾能力、和線(xiàn)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。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。 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 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(xiàn) V1 和 Vh上， 把總線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。 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。 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。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。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和功能圖。 TAP 指的是用于測(cè)試的訪(fǎng)問(wèn)端口。它的接線(xiàn)如圖所示。 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)。該芯片與主控制芯片硬件接口如下圖。 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? + 5 V+ 5 VR S+ 3 . 3 V2 2 K1 8 KR E S0 . 1 u F3 3 KI N 4 1 4 8S W P B7 4 L C V C D7 4 H C 1 47 4 H C 1 4 EEPROM 是一種只讀存儲(chǔ)器，它同時(shí)具有在線(xiàn) 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。 復(fù)位電路 復(fù)位電路有上電復(fù)位和下電復(fù)位，掉電的時(shí)候二極管給電容提供了一個(gè)放電通道，在此情況下電容很快就會(huì)放完電，目的是為了確保在反復(fù)上電的時(shí)候準(zhǔn)確的復(fù)位。 晶體振蕩器 O U TV C CG N DN CO S C0 . 1 u F+ 3 . 3 VC L K I N112340 . 0 2 2 u FP L L F 2P L L F 1CR1 0 ΩC1 u F 本電池管理系統(tǒng)選用頻率為 10MHz 的有源晶振，它利用主控制芯片里面的鎖相環(huán)倍頻然后獲得需要的時(shí)鐘頻率，需要的頻率為 40MHz， 設(shè)置在往外面的濾波電路是為了阻止出現(xiàn)異常波形和受到各種 波 的影響。 系統(tǒng) 輔助 電源 由開(kāi)關(guān)電源給本電池管理系統(tǒng)提供電壓， DSP主控制芯片需要的供電電壓為，開(kāi)關(guān)電源提供的電壓有 +5V,+15V 和 15V，所以要想給 DSP 提供電源就需要把 5V 電源轉(zhuǎn)換成 ，元器件芯片 TPS7333 可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)換功能，如圖所示。 16為定點(diǎn)的 DSP和 30mips 的執(zhí)行速度的內(nèi)核，運(yùn)算起來(lái)的速度很快發(fā)送的指令周期很短，既達(dá)到了快速性和準(zhǔn)確性的運(yùn)算 ， 又符合了 系統(tǒng)的監(jiān)控實(shí)時(shí)性特別是多參數(shù)變量的 soc 的估算方法，這也證明 DSP實(shí)現(xiàn)的算法的特點(diǎn)和優(yōu)異功能。 ，芯片上 自身帶有很多模塊，例如 SCI通訊模塊、 CAN 收發(fā)模塊、SPI 通訊模塊、 AD 采樣模塊，同時(shí)還有事件管理器模塊和很多 IO 口。 本章小結(jié) 本章從電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度，確立了設(shè)計(jì)方案，介紹了電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，鎳氫電池的相關(guān)特性，ＳＯＣ和ＳＯＨ的重要意義及其如何計(jì)算ＳＯＣ和ＳＯＨ，根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)各個(gè)單體電池的電壓、溫度，設(shè)計(jì)了電壓、溫度信號(hào)采集電路，對(duì)均衡充電做了簡(jiǎn)要介紹， 本章對(duì)后面章節(jié)具體電路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)具有很好的參考指導(dǎo)意義。 充電電流的大小是由外部的充電機(jī)來(lái)控制的，要在安全的充電范圍內(nèi)充電，過(guò)電流的時(shí)候ＤＳＰ主控芯片會(huì)程序控制斷開(kāi)連接。 電池的單體電壓正常 使用 范圍在 [1V,]左右，若果檢測(cè)電路送來(lái)的數(shù)據(jù)表明電壓超出這一范圍， 為安全起見(jiàn)， 就要根據(jù)程序的設(shè)定值 停止給電池充電；如果單體電池的電壓之間相差大于 就要及時(shí)檢測(cè)出電池的位置，更換新電池。標(biāo)準(zhǔn)條件下蓄電池從充滿(mǎn)電再放電一直到規(guī)定的截止電壓為止所放出的電量與電池的標(biāo)稱(chēng)的容量之比值就得到 SOH， MNCSOH C? ，這里0tM tC Kidt?? ，電池充滿(mǎn)電后再放完后放出的電量， K 是電流修正系數(shù)。 0RSTCSOC C? 因?yàn)殡姵乩匣a(chǎn)生的對(duì)剩余電量的影響，實(shí)際上跟蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)容量不一樣，它們之間的關(guān)系是將式 3 和式 5 帶入式 4 的 SOC，根據(jù)方程，電池放電的剩余電量跟放電電流的關(guān)系式是： 1nC=K*I 因?yàn)樗鼈兊某跏紬l件一樣所以 K 和 n 是一樣的，因此有 11 ()niICiw CI??? 所以?xún)H需測(cè)量幾組 Ci，就可以得到 K 和 n,從而也就把確定 了下來(lái)， δ i 的確定：無(wú)論是理論還是實(shí)驗(yàn)都表明電池很容易受到溫度的影響，它的容量會(huì)隨著溫度的上升而增加，同樣又隨著溫度的下降而減小，放電電流同樣如此，跟溫度呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，進(jìn)過(guò)修正以后的所謂的標(biāo)準(zhǔn)電壓 I=i*δ i。放電電流對(duì)于 SOC 估測(cè)的影響最大，其次是溫度，再然后就是自放電，在一樣的條件下放電電流大放出的電量就會(huì) 很小，因此要修正不同放電電流的剩余量，把標(biāo)準(zhǔn)溫度下一定電流的剩余容量定義為剩余容量，其實(shí)就是利用一個(gè)電流參考標(biāo)準(zhǔn)來(lái) 計(jì)算剩余容量。 本設(shè)計(jì)以 Ah 法為重點(diǎn)，配合負(fù)載電壓法和內(nèi)阻法對(duì) SOC 進(jìn)行估測(cè)，下面首先對(duì) Ah 法進(jìn)行認(rèn)真具體的分析，然后簡(jiǎn)述負(fù)載電壓法和直流內(nèi)阻法怎樣應(yīng)用到里邊去，再然后就介紹自適應(yīng)理論在在 SOC 估測(cè)中的應(yīng)用。 和 SOH的預(yù)測(cè) 本電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)靈活，可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)多種算法，例如，開(kāi)路電壓法。此外 BMS是車(chē)載系統(tǒng)采用分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)椴蓸拥南挛话鍞?shù)目很多，會(huì)導(dǎo)致電池包內(nèi)的走線(xiàn)很多，從系統(tǒng)維護(hù)的角度來(lái)講不方便。 集成式是采用大量電池管理芯片進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，現(xiàn)在有很多電池管理芯片，DS2438 芯片檢測(cè)電池實(shí)時(shí)所有狀態(tài)，例如充電狀態(tài)中的電壓、溫度、時(shí)間、剩余電量等，它可以自動(dòng)地采集這些數(shù)據(jù)然后在儲(chǔ)存起來(lái)，利用數(shù)據(jù)線(xiàn)與控制器通信，利用芯片設(shè)計(jì)電路會(huì)變得更簡(jiǎn)單，避免了算法的設(shè)計(jì)，但