【正文】 C 的值，根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的需求來(lái)確定輸入和輸出層的神經(jīng)元的數(shù)目，通常情況下是線性函數(shù)；問(wèn)題的分析精度和復(fù)雜程度決定了中 間層的神經(jīng)元的個(gè)數(shù) 。這種方法可以應(yīng)用于所有類型的電池，弊端是要對(duì)大量的數(shù)據(jù)測(cè)量計(jì)算處理。 電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 CAN 通信 數(shù)據(jù)通信是 BMS 的重要組成部分，目前在汽車上的 BMS 中數(shù)據(jù)通信方式主要采用 CAN 總線通信方式， 一般要求電源系統(tǒng)與充電機(jī)采用 CAN 總線方式進(jìn)行通信 ， CAN 總線是一種有效支持實(shí)時(shí)控制或分布式控制的串行 通信網(wǎng)絡(luò)，在電磁干擾環(huán)境下它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，而且硬件成本還比較低。 C ， 1 0 4 u F+ 3 . 3 VC A N T XC A N R XR , 5 KR , 5 K S N 6 5 H V D 2 3 012348765C A N HC A N LC , 3 0 p F3 0 p FD I O D ED I O D E CAN 總線的可靠性非常高，非 常適用于測(cè)控單元的數(shù)據(jù)通信，所以得到了很多公司工程師得青睞， LF2407 芯片內(nèi)部有一個(gè)自帶的有 16 為外設(shè)的 CAN 控制器，而且它完全支持 CAN 通訊協(xié)議。 集中式結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)采集單元和中央控制單元等形成整個(gè)電源系統(tǒng)的管理單元，對(duì)電源系統(tǒng)的基本信息如電流、電壓、溫度 進(jìn)行采樣，再在 BMS 中心處理器內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算、判斷和相應(yīng)的控制。對(duì)電池組進(jìn)行信號(hào)采集但不能檢測(cè)到每個(gè)電池單體，不僅測(cè)量精度差，而且對(duì)信號(hào)處理的要求也很高。 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)，但是它也有弊端算法固定從而導(dǎo)致靈活性差。此外 BMS 是車載系統(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)的走線很多，從系統(tǒng)維 護(hù)的角度來(lái)講不方便。 SOC 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，開路電壓法。 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。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。 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??? 所以僅需測(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。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)。 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， 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。 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)程序控制斷開連接。 BMS 硬件設(shè)計(jì) 總體方案 設(shè)計(jì) 主控制板芯片選取 TMS320LF2407A 芯片介紹 本 電池管理系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，有很多接口方式和數(shù)據(jù)類型，這樣就對(duì)系統(tǒng) 的運(yùn)算能力和實(shí)時(shí)性功能提出的要求很高，所以在選取核心控制器芯片的時(shí)候要優(yōu)先考慮運(yùn)算快速、高集成度和大的存儲(chǔ)量的芯片， 選用的芯片是 TMS320LF2407 DSP，此 芯片采用 的 優(yōu)點(diǎn)有 ： 字節(jié)的數(shù)據(jù)程序 ram 和 32K 字節(jié)的 FLASH 程序控制器，還有 455 字節(jié)的雙 口 ram， 2K 字節(jié)的單口 ram，有著非常大的存儲(chǔ)空間。 CMOS 技術(shù)性能很高，它需要的供電壓是 伏，使控制器的電能損耗大大降低，符合本系統(tǒng)小功耗的標(biāo)準(zhǔn)。 ，中斷管理功能既多又靈敏，符合電池管理系統(tǒng)的復(fù)雜 的管理要求。 + 5 VT P S 7 3 3 3I NI NI NS I NR E SO U TO U TO N D+ 3 . 3 V1 K5 V2 2 u F 0 . 1 u FR E D+2 5 0 K4 . 7 u F1 KR E D34278561 圖中的 RES 是指欠電壓的低電平輸出端，因?yàn)槭锹O開路輸出端，因此 設(shè)計(jì)由上拉電阻確保邏輯高電平信號(hào)，因?yàn)樨?fù)載的瞬間突變等情況會(huì)導(dǎo)致 OUT 的輸出產(chǎn)生欠電壓的現(xiàn)象，那么這種情況下 RES輸出的是低電平，它的保持時(shí)間在 200ms內(nèi)，這段時(shí)間內(nèi)假如 OUT 輸出值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，那么在這段時(shí)間后它的輸出就會(huì)變成高電平，如果芯片與電源相距比較大時(shí)（大約在幾英寸以上）為了改變負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，這個(gè)時(shí)候可以 接上一個(gè) 旁路電容，該芯片跟很多穩(wěn)壓器類似可以在輸出端接一個(gè)電容器來(lái)提高電源的穩(wěn)定性，在圖中我們可以看到一個(gè)電容器，它的作用是保障所有 的負(fù)載能夠 正常動(dòng)作。它的電路圖如圖所示。 復(fù)位電路 RS 腳跟主控制芯片的相應(yīng)引腳接通，在這個(gè)引腳是低電平的時(shí)候，主控制芯片復(fù)位，為了讓芯片正常初始化起碼在三個(gè)連續(xù) CLKOUT 周期內(nèi)保持 RS 是低電平，為了避免振蕩器在起震時(shí)產(chǎn)生的非線性特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響 ，那么就要保證復(fù)位電路在低電平時(shí)間要大于系統(tǒng)在晶體振蕩器的起震時(shí)間，通常１００ 到 ２００ ｍｓ 后晶振才會(huì)穩(wěn)定 ，因此商店的復(fù)位時(shí)間要比這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)才行，復(fù)位 電路的低電平時(shí)間應(yīng)該要很長(zhǎng)，使主控制芯片一定復(fù)位，還要盡量使電路穩(wěn)定，避免主控制芯片內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)誤復(fù)位情況。 EEPROM 有兩種，一種是并行它的儲(chǔ)量相當(dāng)大，讀寫 方法容易而 且迅速，他讀寫素需要的時(shí)間跟 RAM差不多，然而其消耗很大，成本也不低，重要的是一個(gè)是它的速度很不快，但是串行 ROM 它的特征是占用空間小 ，既省錢又小功率損耗，然而它的缺點(diǎn)是讀寫的時(shí)候很麻煩，運(yùn)行起來(lái)很慢慢，一般在字節(jié)數(shù)跟寫入的次數(shù)少的這樣的情形下使用。電量等數(shù)據(jù)比較少，所以從后實(shí)際出發(fā)可以選用 24LC16 芯片，這樣既節(jié) 省了錢又能很好的完成工作， 這種芯片功率損耗比較低 ，他不僅結(jié)構(gòu)緊密而且接口也很容易，時(shí)鐘周期頻率可以達(dá)到很高，寫的周期時(shí)間最小可為 5 毫秒，芯片的電 可 擦出 ROM 位數(shù)是 16Kbit 位，它可以在低于 的情況 可以 維持運(yùn)行，它的等待電流是 4uA，該芯片里面的數(shù)據(jù)能夠擦寫 100萬(wàn)次，而且數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存時(shí)間很長(zhǎng)在四十年以上，該芯片具有 8 腳 DIP 封裝還有多引線的 SOIC 封裝。 + 3 . 3 V1234B I O / I O P C 1C L K O U T / I O P E 0123D S PA 0A 2A 1V S SV C CW PS C LS D A2 4 L C 1 68765 該芯片需要提供 伏的電壓供電， 因此不用顧及它與主控制芯片的電平之間的裝換，芯片里面的 WP 是硬件的寫 保護(hù)管教，當(dāng)這一端是高電平的時(shí)候，關(guān)閉寫操作，這一端是低電平的時(shí)候允許讀寫操作，芯片內(nèi)的 SCL 表示串行時(shí)鐘輸入端，它的功能是控制數(shù)據(jù)的傳輸， SDA 表示串行數(shù)據(jù)的輸入和輸出的復(fù)用段，本畢業(yè)設(shè)計(jì)中把 A0A1A2 設(shè)置為片選引腳，將它們接地， 24LC02 的工作方式是經(jīng)字節(jié)去選擇器件內(nèi)部地址還有選擇進(jìn)行何種操作。 本 電池管理系統(tǒng)硬件電路由 14 引腳的連接口，運(yùn)行主控制芯片的軟硬件。 T M ST D IT D OT C KE M U 0T R S T+ 5 V+ 3 . 3 VE M U 1135791 11 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。 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(guò)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。 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。 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(guò)充電，此外通過(guò)電壓的測(cè)量也可以初步估計(jì)電池的 SOC。 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(guò)多路開關(guān)后送到微處理器中處理。單體電池的電壓采集電路如下圖。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) 。 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 。 電流采集 電流既是 判斷電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)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)。電 動(dòng)汽車中通常選用霍爾電流傳感器。 所有的電池都有自己安全工作的溫度范圍，工作過(guò)程中電池的溫度一直都在變化，為避免電池過(guò)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。 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(guò)信號(hào)傳輸線、電源線和地線就可以了。 CRD S 1 8 B 2 0 D S 1 8 B 2 03 . 3 VI OG N D AD 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(guò) AD 保護(hù)電路。 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 。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