【正文】 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，總的來說它應(yīng)該實現(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 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。 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 觸摸檢測部件 還有 觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件 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(jìn)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。 為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。它 不但給 多媒體 了 嶄新 面貌， 同時它也成為 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 候 ， 上 面得反饋系統(tǒng)會有 觸覺 ，它可以依照原來 編程的程 序 驅(qū)動 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。 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， 能較好地 抑制見風(fēng)噪聲。信號線通過 IO 口和 DSP 主控制芯片連接起來，通過可以編寫程序的 IO 口來模擬總線時序，對 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)就一定要在信號線處接上一個上拉電阻連接到遠(yuǎn)程供電電壓 處，選取該方法測量溫度，溫度采集電路如圖所示。 下面 電池管理系統(tǒng)利用熱敏電阻來檢測電池的溫度，通過電橋電路把電池的溫度信號裝換成電壓，選用熱敏電阻 RMDZ1，它的體積小連線長而且價格便宜，此外它還有一個方便的地方就是他可以貼在單體電池的外表面上，它的缺點是線性度的問題上不好，對電池的兩個界限溫度進(jìn)行檢測，再通過計算溫差發(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 點的電壓和溫度之間的對應(yīng)關(guān)系如表所示 溫度 （℃） 10 0 10 20 30 電壓 （ V） 另一種測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，信號變換速度很快，精度很高，適合用來測量電池的溫度和其他方面的要求。電流的檢測精度對剩余電量的估計影響很大， 溫度 檢測信號 采集 采集板在對 384 節(jié)單體鎳氫電池電壓采集信號后還要對電池測量溫度，采集溫度信號，然后傳送到主控制芯片。所以對電流的精度、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測量高精度大電流，霍爾電流傳感器的電路比分流器的電路要簡單，但是隨溫 度的變化比較大， 采用分流器的方案因為需要小信號的放大隔離等措施，雖然電路很復(fù)雜但是它的溫度穩(wěn)定性比較好。第一，在多路開關(guān)中，沒有 接通的通道有漏電流，這些漏電流會通過未連接的通道還有已經(jīng)連接的通道和信號源的內(nèi)阻形成回路，從而在信號源上出現(xiàn)壓降導(dǎo)致衰減了信號；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在電阻上出現(xiàn)壓降， 導(dǎo)致信號減弱。 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的信號經(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)，通過光耦 合 隔離開關(guān)的切換，可以把 1號到 32 號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，工作的時候一次只有兩個開關(guān)在同一時刻導(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電池的電壓信號，從而對整個電池組內(nèi)的所有電壓采樣。 光耦 合 隔離的 優(yōu) 點是速度快，實 時性特別好 ，光耦 合 隔離兩端的信號連接上完全隔離，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 將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號進(jìn)行采集，解決了共地的問題，它與傳感器相比它的性價比更高。 本畢業(yè)設(shè)計的管理對象是鎳氫電池，電動汽車的電池組有 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，采集點所在的共模電壓較高，而且兩個采集點之間的壓差不大，所以這些采集點需要經(jīng)過 隔離才能實現(xiàn)良好的檢測， 在采集點的電路前段和 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，不會造成前面的電池發(fā)生損壞，被測系統(tǒng)和測量系統(tǒng)公地是電壓采集電路一定要做到的，對電池電壓進(jìn)行動態(tài)實時檢測的重要環(huán)節(jié)時 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 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 指的是用于測試的訪問端口。它的接線如圖所示。 仿真器和 JTAG 接口 與單片機(jī)的仿真器不一樣，在 DSP 內(nèi)沒有，但是可以由 IE標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口與 DSP 開展仿真， 因此它 一定要有去仿真的對象和目標(biāo)系統(tǒng)，與 DSP 接口然后由它來針對系統(tǒng)進(jìn)行運行試驗。該芯片與主控制芯片硬件接口如下圖。 因為電池管理系統(tǒng)的工作時間長，要對很多數(shù)據(jù)進(jìn)行保存例如充電電壓、充電電流、充電時間、充電的電量等，當(dāng)斷電的時候要保存好這些數(shù)據(jù)，因為電壓、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 是一種只讀存儲器，它同時具有在線 可 電擦除和再編程的功能，同時它還具有 RAM 的可讀可寫的性質(zhì)和 ROM 的不變動性的性質(zhì)，它的里面有專門供它用的電路，它的它的擦出和寫入 的 次數(shù)可以達(dá)到上萬次 ，一般情況下寫進(jìn)去的數(shù)據(jù)能夠儲留九年左右，而且即使再斷電的時候也能儲存在它里邊 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，掉電的時候二極管給電容提供了一個放電通道，在此情況下電容很快就會放完電，目的是為了確保在反復(fù)上電的時候準(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 可以實現(xiàn)這個轉(zhuǎn)換功能，如圖所示。 16為定點的 DSP 和 30mips 的執(zhí)行速度的內(nèi)核，運算起來的速度很快發(fā)送的指令周期很短，既達(dá)到了快速性和準(zhǔn)確性的運算 ， 又符合了 系統(tǒng)的監(jiān)控實時性特別是多參數(shù)變量的 soc 的估算方法，這也證明 DSP 實現(xiàn)的算法的特點和優(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)計角度，確立了設(shè)計方案，介紹了電池管理系統(tǒng)設(shè)計方案，鎳氫電池的相關(guān)特性，ＳＯＣ和ＳＯＨ的重要意義及其如何計算ＳＯＣ和ＳＯＨ，根據(jù)任務(wù)書的要求對電池狀態(tài)進(jìn)行檢測各個單體電池的電壓、溫度，設(shè)計了電壓、溫度信號采集電路，對均衡充電做了簡要介紹， 本章對后面章節(jié)具體電路設(shè)計來說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)來控制的，要在安全的充電范圍內(nèi)充電，過電流的時候ＤＳＰ主控芯片會程序控制斷開連接。 電池的單體電壓正常 使用 范圍在 [1V,]左右，若果檢測電路送來的數(shù)據(jù)表明電壓超出這一范圍， 為安全起見， 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 就要及時檢測出電池的位置，更換新電池。標(biāo)準(zhǔn)條件下蓄電池從充滿電再放電一直到規(guī)定的截止電壓為止所放出的電量與電池的標(biāo)稱的容量之比值就得到 SOH， MNCSOH C? ，這里0tM tC Kidt?? ，電池充滿電后再放完后放出的電量， K 是電流修正系數(shù)。 0RSTCSOC C? 因為電池老化產(chǎn)生的對剩余電量的影響，實際上跟蓄電池的標(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 因為它們的初始條件一樣所以 K 和 n 是一樣的，因此有 11 ()niICiw CI??? 所以僅需測量幾組 Ci，就可以得到 K 和 n,從而也就把確定 了下來， δ i 的確定：無論是理論還是實驗都表明電池很容易受到溫度的影響，它的容量會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)過修正以后的所謂的標(biāo)準(zhǔn)電壓 I=i*δ i。放電電流對于 SOC 估測的影響最大，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 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，其實就是利用一個電流參考標(biāo)準(zhǔn)來 計算剩余容量。 本設(shè)計以 Ah 法為重點，配合負(fù)載電壓法和內(nèi)阻法對 SOC 進(jìn)行估測，下面首先對 Ah 法進(jìn)行認(rèn)真具體的分析，然后簡述負(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 估測中的應(yīng)用。 和 SOH的預(yù)測 本電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計靈活，可以通過軟件實現(xiàn)多種算法，例如，開路電壓法。此外 BMS 是車載系統(tǒng)采用分布式監(jiān)測系統(tǒng)時，因為采樣的下位板數(shù)目很多，會導(dǎo)致電池包內(nèi)的走線很多，從系統(tǒng)維護(hù)的角度來講不方便。 集成式是采用大量電池管理芯片進(jìn)行集成設(shè)計，現(xiàn)在有很多電池管理芯片，DS2438 芯片檢測電池實時所有狀態(tài)，例如充電狀態(tài)中的電壓、溫度、時間、剩余電量等，它可以自動地采集這些數(shù)據(jù)然后在儲存起來，利用數(shù)據(jù)線與控制器通信，利用芯片設(shè)計電路會變得更簡單，避免了算法的設(shè)計，但是它也有弊端算法固定從而導(dǎo)致靈活性差。對電池組進(jìn)行