【正文】 除檢測(cè)出來的故障，消除隱患，保證電源安全可靠。，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。，運(yùn)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(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。 DSP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，開關(guān)電源提供的電壓有+5V,+15V和15V，元器件芯片TPS7333可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)換功能，如圖所示。晶體振蕩器本電池管理系統(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。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。EEPRAM接口EEPROM是一種只讀存儲(chǔ)器，它同時(shí)具有在線可電擦除和再編程的功能，同時(shí)它還具有RAM的可讀可寫的性質(zhì)和ROM的不變動(dòng)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(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。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。該芯片與主控制芯片硬件接口如下圖。DSP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(duì)象和目標(biāo)系統(tǒng)，與DSP接口然后由它來針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)。它的接線如圖所示。TAP指的是用于測(cè)試的訪問端口。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和功能圖。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。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的管理對(duì)象是鎳氫電池，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。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。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。電壓采集電路采集出來的信號(hào)經(jīng)過模擬開關(guān)傳輸?shù)紻SP里邊的AD裝換器，使系統(tǒng)變得很簡(jiǎn)單。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。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。下面電池管理系統(tǒng)利用熱敏電阻來檢測(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（℃）100102030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，適合用來測(cè)量電池的溫度和其他方面的要求。信號(hào)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(shí)序，對(duì)DS18B20內(nèi)的芯片去執(zhí)行讀和寫的操作，選取該方法測(cè)量溫度，溫度采集電路如圖所示。二極管的功能是過載保護(hù)，把接口電壓控制保持在+，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。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。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。為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。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，有主控制起來發(fā)布命令并由它執(zhí)行。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)到工作的要求。如果初始電壓值低于系統(tǒng)設(shè)定的最小電壓值時(shí)，則首先對(duì)電池組進(jìn)行小電流涓流充電。當(dāng)蓄電池充滿電之后，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)，對(duì)蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)足充電。(2)系統(tǒng)電路在工作時(shí)，能夠?qū)π铍姵亟M的狀態(tài)做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和分析，并及時(shí)做出反饋調(diào)整蓄電池充電的相關(guān)參數(shù)，保證蓄電池組在其充電電流曲線近似逼近理想曲線的狀態(tài)下對(duì)電池組進(jìn)行充電。(4)系統(tǒng)在充電的整個(gè)過程中，從充電初期到最后充電結(jié)束，通過硬件和軟件的手段提高電路的可靠性，使得電路能夠正常的工作，不會(huì)出現(xiàn)意外情況造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞和人員傷亡，如能夠?qū)π铍姵氐臏囟冗M(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)溫度出現(xiàn)異常時(shí)能夠?qū)﹄娐凡扇”Ｗo(hù)措施，同時(shí)對(duì)其他電路元件(如IGBT)也起到很好的保護(hù)，從而保證電路和蓄電池組的安全性以及人身安全。4．2充電系統(tǒng)基本參數(shù)的確定充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要考慮兩個(gè)方面的因素，其一是蓄電池組的相關(guān)信息，其二是電動(dòng)汽車的要求，因?yàn)槌潆娤到y(tǒng)的設(shè)計(jì)是依托于電動(dòng)汽車進(jìn)行的，所以在設(shè)計(jì)時(shí)這兩種因素都要考慮進(jìn)去。單個(gè)蓄電池理想電壓為１．２V，其充電飽和電壓如果假設(shè)為１．４V，那么就有蓄電池組的極限端電壓為：４６０．８Vx１．４／１．２=５３７．６V。(2)充電電流范圍充電電流的大小要求在工作時(shí)也是可調(diào)的，系統(tǒng)采用３００Ah的蓄電池，如果采用l０C的充電率進(jìn)行充電，充電電流大小為３０A；采用２０Ｃ的充電率時(shí)，系統(tǒng)充電電流大小為１５A(chǔ)。4．3充電電路結(jié)構(gòu)根據(jù)智能充電系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)目標(biāo)確定充電電路的基本功能電路，進(jìn)而確定智能充電電路的大致結(jié)構(gòu)(如圖4．1所示)。所謂開關(guān)電源，是指采用t采用開關(guān)電源設(shè)計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)是其工作頻率較高的交流環(huán)節(jié)可以使變壓器和濾波器體積變得很小，從而使得充電電路的體積和重量大大降低，具有較好的實(shí)用性。充電機(jī)介紹充電機(jī)是用來負(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。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。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)。因?yàn)楦鱾€(gè)電池在這個(gè)工藝，材質(zhì)和電解液等方面并不是完全一致可能會(huì)存在少許的差異，這樣電池在充電的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)偏差，這樣可能就會(huì)發(fā)生容量低的電池在充電過程中比其他電池早一點(diǎn)充滿電再繼續(xù)充的話就出現(xiàn)過充現(xiàn)象，這個(gè)差距在繼續(xù)充電的過程中會(huì)繼續(xù)增大。用電壓電流曲線斜率法對(duì)充電是不是已經(jīng)停止來判斷。在下圖中能夠知道鎳氫電池在恒值電流的時(shí)候Ｕ增加的很快，中間是一個(gè)很平和的時(shí)間段，到最后的時(shí)候電壓的改變量一直在增加，在這個(gè)時(shí)候很可能會(huì)出現(xiàn)過度充電的現(xiàn)象，Ａ點(diǎn)是充電終止點(diǎn)。在充電中這一步是一個(gè)關(guān)鍵，這一步是充電前的基本工作，之后電池管理系統(tǒng)檢測(cè)電池是否已經(jīng)連接上，如果發(fā)現(xiàn)沒有連入充電機(jī)或者某地方出現(xiàn)故障，它就會(huì)提示請(qǐng)重新檢測(cè)電池是否已連接。假如電池的自身溫度比這個(gè)允許充電溫度最低值還要低，那么就可以給電池充電，假如剛開的時(shí)候充電數(shù)據(jù)比涓流值還要小的話，那么電池就進(jìn)入到該種方式，假如剛開始電池的相關(guān)數(shù)據(jù)在閥值之上，那么起始階段就對(duì)電池進(jìn)行快速充電。假設(shè)系統(tǒng)檢測(cè)電池組電壓和Uol，對(duì)應(yīng)充電電壓曲線上的A，充電電流曲線上的B兩點(diǎn)，對(duì)應(yīng)時(shí)刻為tl，那么此時(shí)智能充電系統(tǒng)就只需要按照tl以后的充電曲線(圖6．3中的粗線部分)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電直至正常充電結(jié)束，假設(shè)充電結(jié)束時(shí)刻為t2，則整個(gè)充電時(shí)間△t=t1．t2，并做出記錄。如果發(fā)現(xiàn)電池內(nèi)部出現(xiàn)極化，則調(diào)用去極化子程序?qū)π铍姵剡M(jìn)行去極化處理。每隔一定時(shí)間周期對(duì)每一個(gè)蓄電池的電壓、電流、溫度以及整個(gè)蓄電池組的電壓進(jìn)行采樣分析，對(duì)三相輸入的電壓、電流值進(jìn)行周期采樣分析，對(duì)IGBT的溫度進(jìn)行周期采樣分析，如果發(fā)現(xiàn)異常，立即調(diào)用相應(yīng)的保護(hù)中斷程序，確保電路的安全正常工作。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，或者不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。在多段恒流充電與脈沖充電相結(jié)合的充電過程中，我們可以通過對(duì)采樣參數(shù)與設(shè)定參數(shù)比較，根據(jù)差值控制移相角輸出，實(shí)現(xiàn)充電算法的控制，因此應(yīng)用PD控制比較適合。(1)完全微分型PID完全微分型PD算法的表達(dá)式如公式6．1所示，公式中，U(t)是指調(diào)節(jié)器的輸出量， 是指積分的時(shí)間，是指比例增益，是指微分需要的時(shí)間。如果對(duì)完全微分型PID算法，即公式6．1進(jìn)行離散化，則得到位置型PID表達(dá)式，如公式6．3，其中，U(t)表示調(diào)節(jié)器的輸出；是指調(diào)節(jié)器在第n次的輸入出現(xiàn)的偏差；是指積分函數(shù)，T是指采樣周期；是指微分函數(shù)。(2)不完全微分型PID不完全微分型PID的表達(dá)式如公式6．6所示，是指不完全微分的相，是比1小的數(shù)，采用不完全微分PID，可以避免完全微分中存在的噪聲敏感及調(diào)節(jié)性能差的缺點(diǎn)，能夠?qū)⒋蟮奈⒎肿饔闷交敵?，從而確保微分作用真正地起作用。積分分離算法的具體做法如下：(a) 時(shí)，則引入積分作用；(b) 時(shí)，則取消積分作用。通過對(duì)PID算法進(jìn)行積分分離，能夠保證充電算法的比例作用消除大的偏差，積分作用消除小偏差，消除了積分飽和并且減小了超調(diào)，加速了過渡過程，從而改善了PIE)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，具有較為理想的調(diào)節(jié)特性。軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)概述本電池管理系統(tǒng)的軟件采用的是ARM語言來編寫程序，把軟件程序進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)，這樣不僅提高了程序的可讀性而且增加了如劍的可移植性，本畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究對(duì)象是鎳氫電池，為了可實(shí)現(xiàn)程序的兼容性，這樣就不需要變換硬件僅修改一下軟件就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，本系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)要求。，計(jì)算SOC。，將電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸給充電機(jī)進(jìn)行充電。整體設(shè)計(jì)流程主程序的功能是完成對(duì)各個(gè)子程序的調(diào)用，根據(jù)程序完成系統(tǒng)的初始化，采集數(shù)據(jù)，顯示初始狀態(tài)，計(jì)算SOC值和CAN的通訊。 該程序是全部軟件中最重要的，它跟所有程序相關(guān)，從采集數(shù)據(jù)、獲取數(shù)據(jù)一直到CAN通訊還有所有數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)都要涉及到SOC。 利用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)間的通訊，把充電電壓和充電電流送給充電機(jī)然后由充電機(jī)對(duì)電池進(jìn)行充電。系統(tǒng)主程序流程控制圖 各個(gè)部分的子程序數(shù)據(jù)采樣第七章全文總結(jié)電動(dòng)汽車電池智能充電系統(tǒng)的研究，主要完成了以下工作。第二，研究了蓄電池充電的可接受充電電流定律和馬斯三定律，分析了蓄電池的常規(guī)充電方法和快速充電方法，并在此基礎(chǔ)上制定了多段恒流充電和脈沖充電相結(jié)合的智能充電方法和控制策略，能夠安全、快速的實(shí)現(xiàn)鉛酸蓄電池組的快速充電，并具有去極化的功能。最后，分析了智能充電的電池充電終止判斷方法，給出了智能充電控制流程，基于PID的充電控制算法以及去極化控制流程。鎳氫電池的充電鎳氫電池的充電問題主要指高溫充電效率，在常溫狀態(tài)下充電，高溫放電，對(duì)電池的容量和性能基本沒有影響，隨著溫度的提高，鎳氫電池的充電接受能力逐漸下降，在室溫下充電容量可達(dá)100％,45℃充電容量只有常溫的7