【正文】 嚴(yán)重，汽油燃燒后產(chǎn)生的尾氣是大氣污染，因此發(fā)展電動(dòng)汽車對(duì)于大氣污染的治理也是非常重要的。人均汽車擁有量達(dá)到每 1000 人有 110 輛汽車，石油進(jìn)口就成為了突出性問題。最新的權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示截止到2015年，純電動(dòng)汽車和油電混合動(dòng)力汽車在世界汽車總產(chǎn)量上有望繼續(xù)高速的持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)可以達(dá)到近 70%增長(zhǎng)率。從另一方面來(lái)說，為了環(huán)境環(huán)保問題，中國(guó)也必須大力發(fā)展電動(dòng)汽車。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，目前已有有超過75%的城市已經(jīng)開始推廣電動(dòng)汽車，有將近200家汽車型號(hào)進(jìn)入了推薦名錄，電動(dòng)汽車的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代，在中國(guó)的發(fā)展也更是走上了更加輝煌的道路。隨著“十二五”規(guī)劃綱提出，我國(guó)的新能源汽車將會(huì)有巨大的突破性發(fā)展，也標(biāo)志著能源汽車會(huì)是戰(zhàn)略的新型產(chǎn)業(yè)。 純電動(dòng)汽車概況純電動(dòng)汽車（BEV）：通過電能由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車。純電動(dòng)汽車基本上是采用車內(nèi)的電動(dòng)電機(jī)來(lái)進(jìn)行牽引，當(dāng)然也有例外的就是把電動(dòng)機(jī)安裝在輪子中的特殊的電動(dòng)汽車。純電動(dòng)汽車性能的差異主要取決于這主要的四個(gè)部件，四個(gè)部件的品質(zhì)也起到?jīng)Q定了價(jià)值的意義。目前純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)有直流有刷電機(jī)和永磁電機(jī)，另外還有交流同步 電動(dòng)機(jī)，一個(gè)車的性能好壞，速度如何主要決定于電動(dòng)機(jī)的選擇，同時(shí)也影響著車的用途，性價(jià)比高的車子在電機(jī)的控制方式上也有著自己獨(dú)特的特點(diǎn)，現(xiàn)階段的電機(jī)控制主要分為兩類，分別為調(diào)速控制器和不調(diào)速控制器。 論文研究?jī)?nèi)容的章節(jié)安排 本文主要的研究?jī)?nèi)容如下所示： 第1章 緒論 首先介紹本畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題研究的背景及其意義，純電動(dòng)汽車的概念，并設(shè)計(jì)出對(duì)論文研究的章節(jié)安排。第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括了ADC程序的編寫，液晶程序的編寫以及CAN總線的通信等部分。電池管理需要收集數(shù)據(jù)來(lái)達(dá)到控制和管理的作用，主要需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)有電壓，電流以及溫度等，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，我們針對(duì)了電動(dòng)汽車的需求，提出了我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)需求確定了詳細(xì)的各模塊的設(shè)計(jì)方案，查閱了相關(guān)的資料進(jìn)行了匯總。對(duì)于電池系統(tǒng)來(lái)說，如果使用分布式的系統(tǒng)方案的話所耗費(fèi)的成本就會(huì)過高，并且系統(tǒng)本身也會(huì)過于龐大 ；如果使用集中式的系統(tǒng)方案的話，BMS 的中心處理單元就會(huì)負(fù)擔(dān)過重，所以，現(xiàn)在如果使用電動(dòng)汽車的話，在電池管理系統(tǒng)中通常會(huì)使用一個(gè)折中的方案。其中，監(jiān)控模塊與主控模塊之間可以通過 SCI 的總線來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部的聯(lián)系，其余， CAN 總線和系統(tǒng)的外部間實(shí)現(xiàn)通訊組成的主控模塊。采集模塊主要是ADC采集，可以采集電池的電壓、電池的放電電流，單體電池的電壓等部分組成，用來(lái)測(cè)量電壓信號(hào)。絕緣電阻的檢測(cè)電路：絕緣數(shù)據(jù)的檢測(cè)是為了保證電動(dòng)車系統(tǒng)的安全工作的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。故障報(bào)警電路：具有聲音、光信號(hào)的報(bào)警功能，是單片機(jī)系統(tǒng)控制輸出相對(duì)應(yīng)的電平信號(hào)來(lái)控制輸出。本系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)有電壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)以及絕緣電阻等。電壓檢測(cè)電路：可以對(duì)檢測(cè)電池組的單體電阻電壓數(shù)據(jù)，為了保證給純電動(dòng)車提供合適的電壓。3 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇結(jié)合此處的需求可知，我們需要的是一款帶有AD功能、具有CAN通訊功能的單片機(jī)，因此我們選擇了基于增強(qiáng)型51內(nèi)核的C8051系列的單片機(jī)C8051F040，C8051F040是Cygnal生產(chǎn)的一個(gè)集成性高效的信號(hào)處理性的單片機(jī)，依靠其豐富的片內(nèi)資源，完全可以達(dá)到我們想要的幾乎全部的要求，包括內(nèi)存以及豐富的IO口等部分，他幾乎是達(dá)到了目前8位單片機(jī)的最高水平。圖2 C8051F040內(nèi)部結(jié)構(gòu)這種單片機(jī)具有以下特點(diǎn)和功能： （1）采用高速流水線結(jié)構(gòu)的新型增強(qiáng)型51內(nèi)核。 （3）具有防止破解的內(nèi)部保護(hù)，以及片上調(diào)試端口。 （5）同時(shí)也具有8位的低精度ADC，速度可以達(dá)到500kbps。 （7）內(nèi)部具有64K的可在線編程的Flash空間。 （9）和普通的51單片機(jī)一樣，可以外部擴(kuò)展內(nèi)存大小。 （11）片內(nèi)16位定時(shí)器5個(gè)。 保證單片機(jī)在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境下可以穩(wěn)定的運(yùn)行是很重要的，因此看門狗，電源電壓監(jiān)控器，溫度傳感器這三者是很重要的，可以有效的避免程序跑飛，程序死機(jī)之類的問題，維持穩(wěn)定性。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。時(shí)鐘電路如下圖： C8051F040的復(fù)位電路 復(fù)位是使單片機(jī)的CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài)的初始化操作。除此之外，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)等情況時(shí)，需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位以重新啟動(dòng)機(jī)器。電池管理芯片 OZ890 是由凹凸科技采用結(jié)構(gòu)重組的形式研究的，具有很多別的芯片沒有的有的功能，它可以支持最高13節(jié)的電池，我們只需要12節(jié)，顯然滿足要求，同時(shí)它還具有普通的鋰電池保護(hù)ic的全部功能，包括過流保護(hù)，過壓保護(hù)，欠壓保護(hù)等，是一個(gè)十分好的選擇。 （2）可以通過i2c總線和單片機(jī)進(jìn)行連接，包括使用i2c讀取各項(xiàng)數(shù)據(jù)等情況。（4）實(shí)施顯示電壓情況，內(nèi)置溫度傳感器，顯示溫度。 電源模塊的選擇電源部分是極為重要的，因此我們需要認(rèn)真進(jìn)行設(shè)計(jì)，使電源部分盡可能的穩(wěn)定。15V，風(fēng)扇和蜂鳴器電壓+5V。+5V 電壓通過LM2956 轉(zhuǎn)換，如圖3所示。Ti的LM2956是一款非常經(jīng)典的開關(guān)電源的芯片，內(nèi)部集成開關(guān)，提供最高峰值電流3A的電流輸出能力，電路簡(jiǎn)單易用，并且資料成熟，便于使用。無(wú)法滿足電路的設(shè)計(jì)，提出兩個(gè)改進(jìn)方法，一個(gè)是采用不一樣的電阻來(lái)分壓網(wǎng)絡(luò)，第二個(gè)是從它反饋的電路入手，調(diào)整輸出電壓，研究表明，通過改進(jìn)的方法可以得到輸出電壓可調(diào)的電源。 采樣電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 傳感器的選擇傳感器的選擇要求和作用:傳感器是借助于檢測(cè)元件接收一種信息,并且按照一定的規(guī)律把它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置,其獲取的信息,可以是各種物理量,化學(xué)量和生物量,而且其轉(zhuǎn)換后的信號(hào)也有多種形式。所以,對(duì)傳感器有以下要求:（1）必須要有足夠量程。應(yīng)該有一定的負(fù)載能力。（3）與測(cè)量或控制系統(tǒng)匹配性好,并且轉(zhuǎn)換靈敏度高,線性程度好。 （5）適應(yīng)性強(qiáng)，不因惡劣環(huán)境損壞，干擾小，噪聲低，可適應(yīng)我們的使用。在盡可能低的成本下保持盡可能長(zhǎng)的壽命，并且易于維修更換。 電壓采集電路的設(shè)計(jì)OZ890 芯片含有電池電壓巡查電路，這些電路集成了多路單體才構(gòu)成，根據(jù)圖5的設(shè)計(jì)，主要是把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)借助 I178。鑒于OZ890 芯片巨頭能夠自動(dòng)平衡的功能。 圖5電壓采集電路如圖5所示 BATn+1 和 BATn 為 OZ890 芯片的入口端，反饋電阻起到的作用是檢測(cè)電流，以防止過流。 電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)電流作為估計(jì)電池相關(guān)的容量以及參數(shù)，所以系統(tǒng)對(duì)電流的采集有很高的要求，不僅要保證采樣中電流由高精度，同時(shí)要求必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力，也就注定了電流傳感器的選擇是相當(dāng)重要，目前的電流傳感器大體有以下幾種，互感器，分流器，以及光纖和霍爾電流傳感器，光纖的性能是最好的，但是它的價(jià)格非常昂貴，一半只用于一些不可避免的，無(wú)法替代的通信領(lǐng)域中，很少用到控制中，霍爾電流互感器由于具有很好的抗震性，但是它的機(jī)械性能卻很差，一般不容易檢修和更換，分流器的測(cè)量范圍很廣，耐機(jī)械性能良好，相對(duì)來(lái)說造價(jià)便宜經(jīng)分析比較后,選擇分流器比較適合本系統(tǒng)的電流檢測(cè)。圖6 FL—2型分流器 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)本文溫度信號(hào)采集是采用DS18B20來(lái)完成的,18B20是最常用的一種數(shù)字型的溫度傳感器，價(jià)格低，體積小，操作易，被廣泛使用在各個(gè)領(lǐng)域。它能夠在很短的時(shí)間內(nèi)完成數(shù)字量的交換，交換12位的時(shí)間可以達(dá)到幾百毫秒，而交換9位的幾乎只需要幾十毫秒。當(dāng)其采用寄生供電方式時(shí),溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線,內(nèi)部結(jié)構(gòu)框如圖7所示,溫度測(cè)量電路如圖8所示。當(dāng)處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度變換操作時(shí),這是總線上必須有一個(gè)向上拉的電壓，啟動(dòng)時(shí)間大約幾微秒。 絕緣電阻檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)絕緣電阻檢測(cè)是非常重要的一環(huán)，關(guān)系著駕駛員的生命安全，如果一旦出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，乃至威脅性命。其高壓部件（如高壓直流電池組，驅(qū)動(dòng)部分，功率部分，電機(jī)部分等等）絕緣性變差后，電阻變低，因此可能會(huì)產(chǎn)生漏電（可能漏電流很?。?，使車身帶點(diǎn)電，嚴(yán)重情況下產(chǎn)生漏電，非常有可能產(chǎn)生事故，危害乘客的安全，損壞電動(dòng)車的設(shè)備，因此我們要防患于未然將漏點(diǎn)問題提早檢測(cè)出來(lái)，才可以滿足我們電動(dòng)車漏電檢測(cè)的要求。此方法只有母線端接地的條件下才準(zhǔn)確檢測(cè)出絕緣故障，但在正負(fù)母線雙端對(duì)稱接地時(shí)無(wú)法精確計(jì)算出絕緣電阻。故選擇有源絕緣電阻檢測(cè)方法。 車體通過開關(guān)S1 ,S2 將電阻R1 ，R2 ,R3 ,R4 R5 ,R6 ,R7 ,R8 與正負(fù)直流母線相連，S3 ,S4為MOS管，MOS管S3 ,S4 的通斷由單片機(jī)發(fā)出PWM信號(hào)控制，當(dāng)MOS管導(dǎo)通后會(huì)在變壓器副邊形成700V的高壓。如圖10電路圖所示，發(fā)光二極管可以作為指示燈選用。故障分為的兩級(jí)是臨界故障及嚴(yán)重故障。如果發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí),對(duì)應(yīng)的故障指示燈將常亮。圖10 報(bào)警電路圖 CAN通信模塊（1） CAN總線基本原理德國(guó)Bosch公司最早提出關(guān)于CAN總線的概念，之后經(jīng)過一段時(shí)期的研究，開始出現(xiàn)了它的成品，嚴(yán)格的說作為這種工業(yè)性的串行總線，它在電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。2) 只需要兩個(gè)線就可以實(shí)現(xiàn)總線結(jié)構(gòu)，總線上可以掛很多的子節(jié)點(diǎn)。4) 數(shù)據(jù)通信速率非?？?。6）系統(tǒng)的柔軟性。當(dāng)總線增加單元時(shí)，它因?yàn)闆]有地址信息，對(duì)其他單元不構(gòu)成影響，與他連接的其他單元只需要保持原有的配置即可。8）CAN總線連接單元數(shù)量。所以可以通過提高電力電子控制通信的速度來(lái)使連接的單元數(shù)量減少提高通信速度，同時(shí)，通過降低通信速度來(lái)達(dá)到單元數(shù)量的增加，使其具有更好的功能。CAN總線可以通過“遙控幀”來(lái)進(jìn)行所有的遙控指令。（2）CAN通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)下圖所示為我們使用的CAN總線控制器。經(jīng)過了三十多年的驗(yàn)證，可以知道CAN總線是一個(gè)非常好的總線標(biāo)準(zhǔn)，硬件的電路如圖 11 所示。我們使用的C8051F040 單片機(jī)是支持CAN總線的ＭＣＵ，s輸出后的信號(hào)經(jīng)過了我們外部的驅(qū)動(dòng)器連接了CANH和CANL。對(duì)于芯片的選擇，我們使用的是最經(jīng)典的方案，CAN 收發(fā)