混合動(dòng)力輕型客車動(dòng)力電池監(jiān)控系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目：混合動(dòng)力輕型客車動(dòng)力電池監(jiān)控</p><p><b>　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)</b></p><p>　　學(xué) 院：汽車與交通工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 交通運(yùn)輸 </p><p>　　學(xué)

2、 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱： 講師 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　電池監(jiān)控系統(tǒng)主要是

3、對(duì)動(dòng)力電池的電壓、電流、溫度等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)地發(fā)送到汽車的控制系統(tǒng)中，為汽車整體的控制策略提供重要的實(shí)時(shí)參數(shù)。本課題以混合動(dòng)力輕型客車為研究對(duì)象，主要研究動(dòng)力電池特性及其荷電狀態(tài)SOC（State of charge）估算方法，并完成對(duì)電池的電壓、電流和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，確定一個(gè)磷酸鐵鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。在本課題中主要是設(shè)計(jì)一個(gè)

4、對(duì)整車動(dòng)力電池單體測(cè)量的監(jiān)控模塊，將每10個(gè)單體的模塊通過(guò)CAN總線組成一個(gè)系統(tǒng)。下位機(jī)系統(tǒng)采用單體監(jiān)控模塊中串聯(lián)，各模塊之間也互相串聯(lián)的方法進(jìn)行監(jiān)控工作。主要是先對(duì)高共模電壓隔離技術(shù)的研究：如對(duì)電池的隔離、對(duì)CAN總線的隔離、對(duì)MCU的供電隔離以及對(duì)電源的隔離；再是AD對(duì)電壓采集部分的設(shè)計(jì)，用傳感器對(duì)電流和溫度采集。設(shè)計(jì)MCU的AD采樣程序，運(yùn)用PIC18F4580系列單片機(jī)對(duì)光電開(kāi)關(guān)的控制，實(shí)現(xiàn)采樣通道的選通；通過(guò)CAN總線把MCU

5、處理過(guò)的采集數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。上位機(jī)系統(tǒng)針對(duì)下位機(jī)硬件控制系統(tǒng)以及CAN總線傳輸而來(lái)的數(shù)據(jù)的具體要求而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的控制。所以，本設(shè)計(jì)的電池監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化的程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池參數(shù)的采集處理及分析，并且對(duì)電池的各工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。</p><p>　　同時(shí)本系統(tǒng)運(yùn)用了綜合的電池容量算法，提高了電池監(jiān)控的效率，達(dá)到了實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性的要求，可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)磷酸鐵鋰電池參數(shù)的監(jiān)

6、控要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車；電池監(jiān)控系統(tǒng)；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Battery monitoring system is mainly on dynamic battery voltage、current、temperature real-time

7、status monitoring, and timely sent the monitoring results to the vehicle's control system, the overall control strategy of the vehicle provides important real-time parameters. The topics to Hybrid Light Bus object of

8、 study, mainly research battery’s characteristics and state of charge SOC (State of charge) estimation methods, and completed the battery voltage、current and temperature of the real-time moni</p><p>　　hardwa

9、re design; software design </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　1 緒論2</b></p><p>　　1.1 混合動(dòng)力汽車簡(jiǎn)述2</p><p

10、>　　1.2 混合動(dòng)力汽車電池監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 電池監(jiān)控系統(tǒng)的研究意義4</p><p>　　1.4 本論文主要研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　2 動(dòng)力電池在HEV中的應(yīng)用6</p><p>　　2.1 混合動(dòng)力汽車中電池使用的種類6</p><p>　　2.2 HE

11、V中磷酸鐵鋰電池概述6</p><p>　　2.3 動(dòng)力電池監(jiān)控系統(tǒng)研究7</p><p>　　2.3.1 電池SOC探討8</p><p>　　2.3.2 電池監(jiān)控系統(tǒng)概述9</p><p>　　2.4 實(shí)際HEV中電池參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的類型10</p><p>　　3 動(dòng)力電池監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)12</

12、p><p>　　3.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求與難點(diǎn)12</p><p>　　3.2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路14</p><p>　　3.2.2 隔離部分設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.2.3 MCU的AD電路設(shè)計(jì)19</p><p>　　

13、3.2.4 CAN通信設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.2.5 電源部分設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.2.6 電流傳感器電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.2.7 電池溫度采集電路設(shè)計(jì)：28</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)31</b></p><p>　　4.1

14、 設(shè)計(jì)思路31</p><p>　　4.2 AD算法并畫(huà)出流程圖31</p><p>　　4.3 電流采集的軟件設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.4 溫度采集軟件設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.5 SOC計(jì)算程序算法36</p><p>　　4.6 程序代碼編譯與下載37</p>

15、<p>　　4.7 顯示界面設(shè)計(jì)37</p><p><b>　　5 結(jié)論39</b></p><p><b>　　致謝40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：41</b></p><p><b>　　附錄：42</b>&

16、lt;/p><p><b>　　前言</b></p><p>　　動(dòng)力電池在使用的過(guò)程中由于是多塊電池的串聯(lián)，電池的個(gè)體差異會(huì)導(dǎo)致電池壽命及整車的性能受到很大的影響，而電池監(jiān)控管理系統(tǒng)可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)電池的問(wèn)題，并防止個(gè)體的差異在使用中被人為的擴(kuò)大而造成損失，它還可以對(duì)電池的個(gè)體差異提供特定的補(bǔ)救措施而提高整車的電池使用壽命，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的電池監(jiān)控系統(tǒng)是非

17、常有必要的。</p><p>　　隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，低碳經(jīng)濟(jì)的呼聲也日益高漲，所以混合動(dòng)力汽車有著節(jié)能省油低排放的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它也得到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。學(xué)校也本著環(huán)保的意識(shí)，提倡使用新能源，學(xué)院特地組建一個(gè)團(tuán)隊(duì)研究混合動(dòng)力型汽車電池的各個(gè)性能參數(shù)，以合理利用電池提供的能源，本課題就是這個(gè)團(tuán)隊(duì)中的一個(gè)子課題。針對(duì)磷酸鐵鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)電池參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)。目前在混合動(dòng)力汽車普及的情況

18、下，動(dòng)力電池技術(shù)也需要上升一個(gè)臺(tái)階。在設(shè)計(jì)中主要解決動(dòng)力電池在使用過(guò)程中安全性和可靠性的問(wèn)題，為用戶實(shí)時(shí)的顯示電池的不同工作狀態(tài)，以提高電池的壽命和整車性能。系統(tǒng)主要是對(duì)動(dòng)力電池的電壓、電流和溫度通過(guò)MCU的AD進(jìn)行實(shí)時(shí)的采樣，CAN的總線控制處理和傳輸，到最后的上位機(jī)進(jìn)行結(jié)果的顯示。本文所設(shè)計(jì)的電池監(jiān)控系統(tǒng)滿足了實(shí)時(shí)性、可靠性的要求，能夠快速準(zhǔn)確的完成對(duì)電池的監(jiān)控。</p><p>　　本文的混合動(dòng)力汽車?yán)玫?/p>

19、是新能源中的電能，所以電池監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展會(huì)更能夠促進(jìn)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展。由于本課題是團(tuán)隊(duì)課題“混合動(dòng)力輕型客車動(dòng)力系統(tǒng)的研究”的子課題，只對(duì)電池監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，對(duì)動(dòng)力系中別的部分不作深入研究。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　隨著石油資源的枯竭以及人們環(huán)保意識(shí)的提高，混合動(dòng)力汽車將成為新世紀(jì)汽車發(fā)展的主流，并成為我國(guó)汽車界所有業(yè)

20、內(nèi)人士的共識(shí)。發(fā)展新能源汽車，實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的新能源化，推動(dòng)傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，在國(guó)際上已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。在這種形勢(shì)下國(guó)內(nèi)外都不約而同地將以新能源為代表的低碳產(chǎn)業(yè)作為國(guó)家戰(zhàn)略選擇，都希望通過(guò)新能源產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，破解汽車工業(yè)能源環(huán)境制約，培育新型戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，提升產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)新一輪經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。所以混合動(dòng)力汽車因其低油耗、低排放的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。</p><p>　　1.1

21、混合動(dòng)力汽車簡(jiǎn)述</p><p>　　混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electrical Vehicle, 簡(jiǎn)稱HEV) 是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力源—熱動(dòng)力源（由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電動(dòng)力源（電池與電動(dòng)機(jī)）的符合汽車道路交通、安全法規(guī)的汽車。通過(guò)在混合動(dòng)力汽車上使用電機(jī)，使得動(dòng)力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求而進(jìn)行靈活調(diào)控，而發(fā)動(dòng)機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放?；旌蟿?dòng)力汽車的關(guān)鍵是混

22、合動(dòng)力系統(tǒng)，它的性能直接關(guān)系到混合動(dòng)力汽車的整車性能，主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)和電池組等部分構(gòu)成。本文主要是對(duì)動(dòng)力系中的電池組的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究[1]。</p><p>　　混合動(dòng)力汽車目前主要有3種動(dòng)力源模式：一種是以發(fā)動(dòng)機(jī)為主動(dòng)力，電動(dòng)馬達(dá)作為輔助動(dòng)力的“并聯(lián)式”。這種方式主要以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛，利用電動(dòng)馬達(dá)所具有的再啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大動(dòng)力的特征，在汽車起步、加速等發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗較大時(shí)，用電動(dòng)馬達(dá)輔助

23、驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。這種方式的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，只需要在汽車上增加電動(dòng)馬達(dá)和電瓶。另外一種是，在低速時(shí)只靠電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行駛，速度提高時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)馬達(dá)相配合驅(qū)動(dòng)的“串、并聯(lián)式”。啟動(dòng)和低速時(shí)是只靠電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行駛，當(dāng)速度提高時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)馬達(dá)共同高效地分擔(dān)動(dòng)力，這種方式需要?jiǎng)恿Ψ謸?dān)裝置和發(fā)電機(jī)等，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜。還有一種是只用電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行駛的電動(dòng)汽車“串聯(lián)式”，發(fā)動(dòng)機(jī)只作為動(dòng)力源，汽車只靠電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行駛，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只是電動(dòng)馬達(dá)

24、，但因?yàn)橥瑯有枰惭b燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，所以也是混合動(dòng)力汽車的一種。</p><p>　　混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)是：（1）采用混合動(dòng)力后可按需用的平均功率來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)的最大功率，此時(shí)處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率而內(nèi)燃機(jī)功率不足時(shí)，由電池來(lái)補(bǔ)充；負(fù)荷少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機(jī)可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。（2）因?yàn)橛辛穗姵兀?可以十分方便地回收制動(dòng)時(shí)、下坡時(shí)、怠

25、速時(shí)的能量。（3）在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)"零"排放。（4）有了內(nèi)燃機(jī)可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動(dòng)汽車遇到的難題。（5）可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。（6）可讓電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過(guò)充、過(guò)放，延長(zhǎng)其使用壽命，降低成本。而混合動(dòng)力汽車的缺點(diǎn)是：有兩套動(dòng)力，再加上兩套動(dòng)力的管理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)較難，價(jià)格較高 [2]。</p><p

26、>　　1.2 混合動(dòng)力汽車電池監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　混合動(dòng)力汽車的核心是電池技術(shù)。由于，混合動(dòng)力汽車主要是依靠串聯(lián)電池組來(lái)獲得足夠的高壓以提供動(dòng)力。而交通運(yùn)輸應(yīng)用中的電池組一般含有100塊甚至更多的電池，可提供數(shù)百伏電壓。一般公認(rèn)50 V或60 V以上的電壓可以致命，而可能導(dǎo)致電子設(shè)備損壞的電壓則更低。雖然這些電池組本身具有危險(xiǎn)性，但仍然必須與電池殼內(nèi)的電池監(jiān)控電子設(shè)備通信。因此，通信方式

27、必須安全可靠。而在本課題中研究的就是電池監(jiān)控系統(tǒng)，它不僅要對(duì)動(dòng)力電池的各參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，對(duì)電池運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣、顯示并進(jìn)行分析處理，而且在發(fā)現(xiàn)故障時(shí)還能及時(shí)的發(fā)出警報(bào)以方便使用者及時(shí)的進(jìn)行維修和排除故障。</p><p>　　電池監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)動(dòng)力蓄電池組在使用過(guò)程中的工作狀況（如啟動(dòng)、爬坡、運(yùn)行、剎車、停車），融合現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，對(duì)電池組進(jìn)行軟硬件雙套實(shí)時(shí)、可靠、有效、合理

28、的監(jiān)控與管理，從而確保電池組的安全使用。一般電池監(jiān)控系統(tǒng)大致包括了如下四部分：電壓及溫度保護(hù)模塊：此模塊主要是對(duì)電池組上下限電壓、溫度以及內(nèi)壓起到限制保護(hù)作用；電流均充保護(hù)模塊：此模塊運(yùn)用安時(shí)積分法，對(duì)電池進(jìn)行實(shí)時(shí)的SOC估算。在電池組充電過(guò)程起到了電池均充的作用；過(guò)溫保護(hù)模塊：此模塊利用溫度開(kāi)關(guān)，在硬件上對(duì)電池組溫度進(jìn)行第二重控制，從而起到嚴(yán)密的雙保險(xiǎn)管理。</p><p>　　在技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展的過(guò)程中，

29、以下問(wèn)題的攻關(guān)需要行業(yè)的重視：（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：目前，國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車各系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累還處于較低的水平，數(shù)據(jù)庫(kù)不夠強(qiáng)大。以電池及其管理系統(tǒng)為例：蓄電池荷電狀態(tài)（SOC，State of Charge）是電池使用過(guò)程中的重要參數(shù)，電池管理系統(tǒng)（往往控制幾百個(gè)電池）的SOC的分析與計(jì)算。（2）電池技術(shù)：對(duì)動(dòng)力電池的可靠性和穩(wěn)定性的要求。車用動(dòng)力電池未達(dá)到批量生產(chǎn)，電池總成可靠性、一致性難以保證，電池的比功率、比能量要提高，安全性和可靠性要

30、保證。（3）安全管理：主要是對(duì)電壓的安全管理?；旌蟿?dòng)力車的電壓系統(tǒng)處于高壓等級(jí)（110V以上），其診斷系統(tǒng)必須特別關(guān)注，而國(guó)內(nèi)甚至國(guó)外，這項(xiàng)技術(shù)都未成熟。</p><p>　　1.3 電池監(jiān)控系統(tǒng)的研究意義</p><p>　　電池作為混合動(dòng)力汽車的能源之一，在它提供能量的同時(shí)也存在一些潛在的風(fēng)險(xiǎn)，例如安全性、可靠性等。而且電池在提供能量時(shí)通常都是多達(dá)上百塊電池串聯(lián)才可以提供足夠的高壓。但

31、是太高的電壓又會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的安全隱患，而且多塊電池串聯(lián)起來(lái)使用，即使是生產(chǎn)電池的技術(shù)很先進(jìn)能夠達(dá)到每塊電池的性能都相差無(wú)幾，但是在使用的過(guò)程中每塊電池由于充放電的情況不一樣，或者工作環(huán)境的不一致以及各種客觀上的原因，總會(huì)導(dǎo)致每塊電池出現(xiàn)差異。所以對(duì)每塊電池的檢測(cè)監(jiān)控就顯得特別重要。本文研究的電池監(jiān)控系統(tǒng)就能實(shí)時(shí)的對(duì)電池的各參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)采集，當(dāng)發(fā)現(xiàn)個(gè)電池參數(shù)出現(xiàn)差異的情況時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)就及時(shí)的發(fā)出警報(bào)，以供用戶及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行故障處理。

32、我們研究電池監(jiān)控系統(tǒng)主要是為了延長(zhǎng)電池的使用壽命降低成本，同時(shí)也提高了整車的性能，最終還起到了保護(hù)作用，安全性得到了保障。</p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)分別檢測(cè)串聯(lián)電池組中每只電池的電壓和電流，控制電池組的充放電過(guò)程。電池組中每只電池的電壓均在過(guò)充檢測(cè)電壓和過(guò)放檢測(cè)電壓之間，并且輸出無(wú)短路現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)輸出電池組電壓，允許電池組進(jìn)行放電操作；當(dāng)串聯(lián)電池組中的任意一只電池的電壓下降到過(guò)放檢測(cè)電壓并且達(dá)到過(guò)放延時(shí)時(shí)間時(shí)

33、，過(guò)放保護(hù)功能啟動(dòng)，禁止電池組對(duì)外輸出電流，保護(hù)電池組安全，電路板進(jìn)入休眠狀態(tài)，電路板消耗電流為休眠電流以下，進(jìn)入休眠狀態(tài)的電路只有在連接充電器后，并且電池電壓超過(guò)過(guò)放恢復(fù)電壓后才能恢復(fù)；當(dāng)任何一節(jié)電池電壓上升到電池過(guò)充檢測(cè)電壓，并且超過(guò)過(guò)充延時(shí)時(shí)間時(shí)，過(guò)充保護(hù)功能啟動(dòng)，禁止對(duì)電池組充電，保護(hù)電池組安全，當(dāng)電池組連接負(fù)載放電或者電池電壓下降到過(guò)充恢復(fù)電壓以下時(shí)，過(guò)充狀態(tài)被恢復(fù)；當(dāng)電池組放電端口發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)電路會(huì)在短路保護(hù)延時(shí)時(shí)間后，

34、禁止電池組對(duì)外放電，當(dāng)外部短路被移除后，電路自動(dòng)恢復(fù)；當(dāng)電池組放電端口發(fā)生過(guò)電流現(xiàn)象時(shí)，保護(hù)電路會(huì)在過(guò)流保護(hù)延時(shí)時(shí)間后，禁止電池組對(duì)外放電，當(dāng)外部短路被移除后，電路自動(dòng)恢復(fù)；電池組在正常充電過(guò)程中，當(dāng)電池組中的某串電池出現(xiàn)失衡現(xiàn)象時(shí)，單只電池首先到達(dá)均衡啟動(dòng)電壓時(shí)，均衡電阻對(duì)充電電流進(jìn)行</p><p>　　隨著混合動(dòng)力汽車的發(fā)展，動(dòng)力電池的監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)研究也應(yīng)該同步的發(fā)展，這應(yīng)該是一個(gè)必然的趨勢(shì)。</p

35、><p>　　1.4 本論文主要研究?jī)?nèi)容 </p><p>　　本課題是團(tuán)隊(duì)課題“混合動(dòng)力輕型客車動(dòng)力系統(tǒng)的研究”的子課題，擬通過(guò)對(duì)某型混合動(dòng)力輕型客車的研究，提出動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案和整車動(dòng)力系統(tǒng)工作模式，確定總成的參數(shù)及選型，并對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析。本文主要是對(duì)動(dòng)力電池監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其研究?jī)?nèi)容如下：</p><p>　?。?）介紹混合動(dòng)力汽車的發(fā)展及歷史概況并簡(jiǎn)

36、述動(dòng)力電池監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及意義。</p><p>　?。?）簡(jiǎn)述動(dòng)力電池的種類，重點(diǎn)是磷酸鐵鋰電池監(jiān)控技術(shù)，對(duì)磷酸鐵鋰電池的特點(diǎn)分析及電池容量檢測(cè)方法和電池監(jiān)控技術(shù)。</p><p>　?。?）主要提出硬件方面的設(shè)計(jì)思路和對(duì)硬件中的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行研究。包括硬件的隔離技術(shù)研究：電池隔離，MCU的供電隔離，CAN總線的隔離以及電源隔離，MCU的AD采樣技術(shù)，傳感器對(duì)電流和溫度的采集及CAN總

37、線通訊技術(shù)。</p><p>　?。?） 軟件方面主要是運(yùn)用PIC18F4580系列單片機(jī)的開(kāi)發(fā)工具M(jìn)PLAB-IDE2.5進(jìn)行軟件方面的設(shè)計(jì)，對(duì)程序代碼的編譯、簡(jiǎn)述AD算法，采集電壓、電流和溫度的大致工作流程圖。</p><p>　?。?）進(jìn)行程序的運(yùn)行調(diào)試并對(duì)最后的結(jié)果進(jìn)行分析處理，最后得出結(jié)論。</p><p>　　2 動(dòng)力電池在HEV中的應(yīng)用</p&g

38、t;<p>　　電池是混合動(dòng)力汽車的能源之一，是影響混合動(dòng)力汽車性能的關(guān)鍵部分，也是制約混合動(dòng)力汽車發(fā)展的關(guān)鍵。為適應(yīng)混合動(dòng)力汽車的需要，車用電池發(fā)展也很快。一般應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車的電池，即我們俗稱的動(dòng)力電池。</p><p>　　2.1 混合動(dòng)力汽車中電池使用的種類</p><p>　　在混合動(dòng)力汽車的發(fā)展史中動(dòng)力電池隨著技術(shù)的發(fā)展其使用種類也有所不同，以下是常見(jiàn)

39、的幾種：</p><p><b>　?。?）鉛酸蓄電池 </b></p><p>　　鉛酸蓄電池的正極采用二氧化鉛，負(fù)極采用海綿狀的鉛，電解液是稀硫酸溶液。每個(gè)單元的基本電壓為 2V。鉛酸蓄電池的性能可靠，價(jià)格低廉，技術(shù)較成熟。但質(zhì)量重，過(guò)充電、過(guò)放電性能差，易自放電，比能量、能量密度和壽命不夠理想，快速充電困難。</p><p><b&

40、gt;　?。?）鎳鎘蓄電池 </b></p><p>　　鎳鎘蓄電池是一種堿性蓄電池，它的正極板為氫氧化鎳，負(fù)極板為鎘，電解質(zhì)是氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液。其單元電壓為 1.2V。鎳鎘蓄電池有較強(qiáng)的耐深度放電能力，在低溫、大電流放電時(shí)容量無(wú)明顯下降，質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)，但價(jià)格高且金屬鎘有巨毒，其報(bào)廢后必須進(jìn)行回收，耐高溫性能較差。 </p><p><b>　?。?）鎳氫蓄電

41、池 </b></p><p>　　鎳氫蓄電池也是一種堿性蓄電池，其正極活性物質(zhì)是氫氧化鎳，負(fù)極活性物質(zhì)是儲(chǔ)氫合金，用氫氧化鉀作為電解質(zhì)。每個(gè)單元的基本電壓有 6V 的，也有 12V 的。鎳氫蓄電池的比能量較大、使用壽命長(zhǎng)，過(guò)充電和過(guò)放電性能好，能帶電充電，并可以實(shí)現(xiàn)快速充電，低溫性能較好，能夠長(zhǎng)時(shí)間存放，但鎳氫蓄電池的成本很高。 </p><p><b>　?。?）鋰

42、蓄電池 </b></p><p>　　鋰是最輕的金屬元素，也是化學(xué)性質(zhì)最活潑的金屬元素。金屬鋰暴露在空氣中或遇水時(shí)會(huì)發(fā)生燃燒。該蓄電池的比能量大，比功率高，充電放電效率高，可以快速充電，功率輸出密度大，沒(méi)有記憶效應(yīng)等。但鋰的制取較困難，管理和使用較復(fù)雜，要有嚴(yán)格的安全措施，價(jià)格也高[3]。</p><p>　　2.2 HEV中磷酸鐵鋰電池概述</p><p&

43、gt;　?。?）磷酸鐵鋰電池定義</p><p>　　磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。</p><p>　　概括起來(lái)磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點(diǎn)有：①安全：磷酸鐵鋰的安全性能是目前所有的材料中最好的；②穩(wěn)定性高：包括高溫充電的容量穩(wěn)定性好，儲(chǔ)存性能好等。這點(diǎn)是最大的優(yōu)點(diǎn)，在所有知道的材料中，也是最好

44、的;③環(huán)保：整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程清潔無(wú)毒，所有原料也都無(wú)毒;④價(jià)格便宜：磷酸鹽采用磷酸源和鋰源以及鐵源為材料，這些材料都十分便宜。而它的缺點(diǎn)為：①導(dǎo)電性差：這個(gè)問(wèn)題是其最關(guān)鍵的問(wèn)題；②振實(shí)密度較低：一般只能達(dá)到1.3-1.5，低的振實(shí)密度可以說(shuō)是磷酸鐵鋰的最大缺點(diǎn)。但這一缺點(diǎn)在動(dòng)力電池方面不會(huì)突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來(lái)制作動(dòng)力電池；③目前研究開(kāi)發(fā)還不深入。</p><p>　　磷酸鐵鋰的主要性能是：①高能量密度； ②

45、安全性：是目前最安全的鋰離子電池正極材料； ③壽命長(zhǎng)；④無(wú)記憶效應(yīng)； ⑤充電性能：磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，最快可在1小時(shí)內(nèi)將電池充滿。 </p><p>　?。?） 磷酸鐵鋰電池的發(fā)展</p><p>　　磷酸鐵鋰由于具有安全性與循環(huán)壽命優(yōu)勢(shì)、材料成本的誘惑，正在逐步進(jìn)入鋰離子動(dòng)力電池市場(chǎng)。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池的正極材料具有良好的電化學(xué)性能，充放電平臺(tái)十分

46、平穩(wěn)，充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。同時(shí)，該材料無(wú)毒、無(wú)污染、安全性能好、可在高溫環(huán)境下使用、原材料來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是目前電池界競(jìng)相開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)。磷酸鐵鋰電池的工作電壓范圍：2.5～3.6V，平臺(tái)約3.3V。</p><p>　　現(xiàn)在磷酸鐵鋰最主要的問(wèn)題是容量偏低, 制造成本偏高,在電池生產(chǎn)上加工困難(制漿,拉漿,輥軋等工序都需要特殊處理,很多企業(yè)不能很好的處理)倍率放電不穩(wěn)定(需要特定的電池工藝配合,受工藝影響很大)

47、而現(xiàn)在電器的使用趨勢(shì)是小巧型發(fā)展,所以對(duì)電池也有同樣的要求高體積能量密度.從容量上看磷酸鐵鋰沒(méi)有前途,但在特定的電池領(lǐng)域使用較有優(yōu)勢(shì)，如動(dòng)力電池。</p><p>　　磷酸鐵鋰振實(shí)密度比較低,比表面積很大,需要改變電池先行工藝,而且電池極片的面密度低所以同樣型號(hào)的電池容量更低。電解液也需重新開(kāi)發(fā)適用的電解液體系，用現(xiàn)有的成熟電解液難發(fā)揮其性能。另外，磷酸鐵鋰電池沒(méi)有批量配套的保護(hù)線路和充電器，較難在現(xiàn)有的電子設(shè)備

48、上發(fā)揮出其特性，需要一個(gè)整體的行業(yè)整合。</p><p>　　2.3 動(dòng)力電池監(jiān)控系統(tǒng)研究</p><p>　　電池技術(shù)是混合動(dòng)力、電動(dòng)汽車的核心技術(shù)之一。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)電池監(jiān)控技術(shù)都進(jìn)行了大量的研究，取得了較大的成果。一般認(rèn)為電池監(jiān)控系統(tǒng)主要有如下功能：電池狀態(tài)參數(shù)采集(包括溫度、電壓、電流等)；電池荷電狀態(tài)(State of charge，SOC)的準(zhǔn)確估計(jì)；對(duì)電池組安全運(yùn)行進(jìn)行全面監(jiān)

49、控，如防止電池的過(guò)充電和過(guò)放電等等[2]。</p><p>　　2.3.1 電池SOC探討</p><p><b>　　(1) SOC定義</b></p><p>　　一般 SOC的定義是為了準(zhǔn)確計(jì)算電池的容量，即預(yù)測(cè)電池的剩余能量 。SOC是描述蓄電池狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，通常把一定溫度下蓄電池充電到不能再吸收電量時(shí)的電量狀態(tài)(SOC)定義為

50、SOC=100％ ，而將蓄電池在不能放出電量時(shí)的電量狀態(tài)定義為 SOC=0％。對(duì)于蓄電池 ，SOC可定義為：</p><p>　　SOC =Qc／CI，</p><p>　　式 中：Qc為蓄電池剩余的容量；CI為蓄電池以恒定電流I放電時(shí)所具有的容量 。 </p><p>　　如果以已放出的電量Q來(lái)求得荷電狀態(tài)參數(shù)SOC，則 ： </p><p&g

51、t;　　SOC=1－Q／CI</p><p>　　式中：SOC=1表示蓄電池為充滿電狀態(tài) ，SOC=0表示蓄電池已處于全放電狀態(tài)。 </p><p>　　蓄電池所能放出的電量容量要受放電率、蓄電池的溫度、蓄電池充放電循環(huán)次數(shù)等諸多因素的影響 ，使得對(duì)于剩余容量的估算十分困難。以下的一些因素會(huì)給電池的實(shí)際剩余容量帶來(lái)影響：① 放電率：在不同的放電電流下，蓄電池的起始端電壓和截止端電壓都是不同

52、的。其中放電電流越大，則起始和截至端電壓越小，放電容量也越小，反之則變大。② 電池溫度對(duì)容量影響較大，放電時(shí)較高的電池溫度會(huì)使電池放出更多的電量。充電時(shí)過(guò)高的溫度會(huì)使更多的氧氣析出，電極電壓更容易達(dá)到最大值，反而會(huì)降低充電效果。③ 自放電率：電池在儲(chǔ)存期間，由于電池內(nèi)雜質(zhì)的作用，使正極和負(fù)極的活性物質(zhì)被逐步消耗，從而造成容量損失，這種現(xiàn)象稱為自放電。④ 壽命：隨電池壽命的變化，電池容量也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)電池容量達(dá)到額定容量的80%時(shí)，可以

53、認(rèn)為電池壽命結(jié)束。⑤ 內(nèi)阻：電池內(nèi)阻的變化使電池容量的估計(jì)變得比較困難[3]。</p><p>　?。?）SOC的計(jì)量方法</p><p>　　蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）是不能直接得到的，只能通過(guò)對(duì)電池外特性—電池電壓U，電池電流I、電池內(nèi)阻R、電池溫度T等參數(shù)的檢測(cè)來(lái)推斷SOC的大小。目前最常見(jiàn)的研究方法是通過(guò)研究電池復(fù)雜的外特性，如開(kāi)路電壓、恒流放電時(shí)電壓的變化規(guī)律、電池內(nèi)阻特性等來(lái)獲得

54、SOC。</p><p>　?、侔矔r(shí)積分法。即電量累積法，通過(guò)累積電池在充電或放電時(shí)的電量來(lái)估計(jì)電池的SOC，并根據(jù)電池的溫度、放電率對(duì)SOC進(jìn)行補(bǔ)償。安時(shí)積分法是已商品化的電動(dòng)汽車用SOC測(cè)量裝置上應(yīng)用最普遍的方法。</p><p>　?、陔妷簻y(cè)量法。利用電池的開(kāi)路電壓與電池的放電深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)測(cè)量電池的開(kāi)路電壓來(lái)估計(jì)SOC。開(kāi)路電壓法比較簡(jiǎn)單，但是不能用于動(dòng)態(tài)的電池SOC估計(jì) [

55、3]。</p><p>　　本文用到的SOC估算法是將安時(shí)積分法和開(kāi)路電壓法綜合起來(lái)進(jìn)行估算的。</p><p>　　2.3.2 電池監(jiān)控系統(tǒng)概述</p><p>　　電池監(jiān)控系統(tǒng)與動(dòng)力電池緊密結(jié)合在一起，對(duì)電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，同時(shí)還進(jìn)行報(bào)警提醒，計(jì)算剩余容量、放電功率，報(bào)告SOC狀態(tài)，還根據(jù)電池的電壓電流及溫度用算法控制最大輸出功率以獲得最大行駛

56、里程、以及用算法控制充電機(jī)進(jìn)行最佳電流的充電，通過(guò)CAN總線接口與車載總控制器、車載顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊[3]。</p><p>　　例如以下針對(duì)動(dòng)力電池特殊的工作環(huán)境要求設(shè)計(jì)了一種實(shí)用高效的電池參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng) (BPMS)，主要由高壓監(jiān)控子系統(tǒng) (HVMS)和電池監(jiān)控子系統(tǒng) (BMS)兩部分組成：高壓監(jiān)控子系統(tǒng)負(fù)責(zé)整車高壓參數(shù)監(jiān)控和安全管理，檢測(cè)絕緣情況和斷路情況并控制高壓繼電器的接通和斷開(kāi)；電池監(jiān)控子系統(tǒng)負(fù)責(zé)

57、對(duì)電池組的電壓、電流和溫度等進(jìn)行采樣分析，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地估計(jì)電池組的 SOC及其最大充放電功率。</p><p>　　（1）高壓監(jiān)控子系統(tǒng) (HVMS)</p><p>　　高壓監(jiān)控子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)動(dòng)力電池高壓線路進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓電路絕緣特性、漏電流、總線剩余電量等各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)電動(dòng)汽車和人體安全標(biāo)準(zhǔn)要求，保證高壓系統(tǒng)工作在安全范圍內(nèi)。</p><p>　?。?

58、）電池監(jiān)控子系統(tǒng) (BMS)</p><p>　　電池監(jiān)控子系統(tǒng)是整個(gè)電池參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分,其主要功能包括對(duì)電池電壓、電流和當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣；對(duì)電池的荷電狀態(tài) (SOC)進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)并計(jì)算電池所能承受的最大充放電功率等。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中監(jiān)控系統(tǒng)所做的主要工作可簡(jiǎn)述為以下三點(diǎn)：</p><p><b>　?、匐妷簻y(cè)量</b&

59、gt;</p><p>　　BMS需要精確的測(cè)量電池電壓、電流 、溫度，確保電池安全穩(wěn)定的工作，同時(shí)為SOC的預(yù)測(cè)提供精確的數(shù)據(jù)輸入，電壓測(cè)量線束前段需接一個(gè)較大電阻，以起到分壓、保護(hù)電路板作用。模塊的電壓正負(fù)極接入光藕繼電器同一時(shí)刻只導(dǎo)通一路光藕繼電器經(jīng)過(guò)放大濾波。送入12位高精度的AD轉(zhuǎn)換器，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)過(guò)光耦合器6N137，送入主控ECU起到保護(hù)ECU并隔離干擾，獲得了較高的測(cè)量精度。這樣可實(shí)現(xiàn)硬件

60、部分分時(shí)復(fù)用，簡(jiǎn)化電路，降低成本。</p><p><b>　?、陔娏鳒y(cè)量</b></p><p>　　在混合動(dòng)力客車上由于電流的變化很大(正負(fù)數(shù)百安培)，因此我們采用了高精度霍耳電流傳感器，其線性度為±1%，反應(yīng)時(shí)間﹤3µs，跟隨精度為50A/µs經(jīng)12位高精度AD轉(zhuǎn)換,光耦合送入單片機(jī)，在底層軟件設(shè)計(jì)上，區(qū)分電流方向，以辨別是充電還是

61、放電狀態(tài)，并準(zhǔn)確計(jì)算出SOC。</p><p><b>　　③溫度測(cè)量</b></p><p>　　由于充放電過(guò)程中的可逆與不可逆現(xiàn)象會(huì)使電池溫度升高，過(guò)高溫度會(huì)引起電池性能惡化，并減短電池壽命，電池容量急劇變小，為此，需將電池溫度控制在合適范圍內(nèi)，由于溫度變化較慢，本設(shè)計(jì)中運(yùn)用的是數(shù)字式溫度傳感器，既滿足了要求又降低了成本。將測(cè)得值送入12位高精度AD轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)過(guò)

62、光耦合器送入ECU。</p><p>　　同時(shí)HEV客車中電機(jī) 、高壓電、發(fā)動(dòng)機(jī)等的存在,電磁環(huán)境十分惡劣，干擾嚴(yán)重，需要在硬件設(shè)計(jì)上，從元器件的選擇，接地技術(shù)，電磁兼容設(shè)計(jì)，到PCB板布線都需要全盤精心考慮。在軟件上也需要做相應(yīng)的處理，采樣信號(hào)軟件濾波處理，程序采樣冗余處理等，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性[4]。</p><p>　　2.4 實(shí)際HEV中電池參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的類型</

63、p><p>　　目前，已有混合動(dòng)力汽車中的電池參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)使用電池種類的不同有不同的測(cè)控系統(tǒng)分類：</p><p>　?。?）鉛酸蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)</p><p>　　基于監(jiān)控測(cè)量的蓄電池管理系統(tǒng)：在給電池充電的過(guò)程中，涉及到電池工作電壓、工作電流、溫度等參數(shù)，這些都是表征電池狀態(tài)的重要參數(shù)。采用傳感器提取這些參數(shù)，然后再配合故障診斷、遙控遙測(cè)、自動(dòng)報(bào)警和事故現(xiàn)場(chǎng)處理

64、等功能，就可以組成一個(gè)電池管理系統(tǒng)。在通訊、供電系統(tǒng)中，為了保證電網(wǎng)掉電時(shí)蓄電池組能及時(shí)補(bǔ)充電能，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)向負(fù)載供電，保證通信或電力合閘系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通常是將電池組直接掛接在電源模塊輸出端。當(dāng)電網(wǎng)正常工作時(shí)，電池組工作在浮充狀態(tài)，起到平滑濾波和保持容量(補(bǔ)充自放電的容量損失)的作用。一旦電網(wǎng)掉電，蓄電池組立即投入工作，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)，電源模塊立即對(duì)電池進(jìn)行充電。 由于和電源模塊是聯(lián)系起來(lái)的，所以，可以從充放電過(guò)程上來(lái)優(yōu)化電池工作狀態(tài)，

65、電池充電成為可控的過(guò)程，建立這樣的監(jiān)控單元應(yīng)該具有電池管理系統(tǒng)所有功能，并且可以和電源模塊直接“對(duì)話”，根據(jù)要求對(duì)電池進(jìn)行管理，并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的放電狀態(tài)，對(duì)電池的工作進(jìn)行優(yōu)化。</p><p>　　（2）鎳氫電池測(cè)控系統(tǒng)</p><p>　　同樣是對(duì)電池組電池參數(shù)進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控，以延長(zhǎng)電池的使用壽命。對(duì)于鎳氫電池下面提供了一種基于CAN總線的測(cè)量系統(tǒng)方案。</p><

66、;p>　　圖 2-1 鎳氫電池管理系統(tǒng)的簡(jiǎn)單框圖</p><p>　　如上圖所示，方案中采用總線的方式組成，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線完成各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換。在分布式方案中，多能源控制器為主控ECU，它通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線和多個(gè)下位ECU通信。</p><p>　　電池的SOC值是電池控制器通過(guò)CAN總線發(fā)送給多能源控制器，而整車的工作模式則是多能源控制器通過(guò)采集各個(gè)ECU的信息通過(guò)一定的邏輯算法來(lái)確

67、定的。一旦確定了這些參數(shù)，那么我們就可以決定是啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)還是關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以決定電機(jī)應(yīng)該工作在哪個(gè)狀態(tài)。例如，當(dāng)電池的SOC值在50%與70%之間，這個(gè)時(shí)候多能源控制器算得整車工作模式是在起步模式，那么就表示當(dāng)前系統(tǒng)的電能源充足，不需要開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)，而且，電機(jī)可以以驅(qū)動(dòng)方式來(lái)工作。</p><p>　　系統(tǒng)硬件組成：電池控制器可以與外部汽車中其他控制系統(tǒng)通過(guò)CAN總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。一個(gè)電池管理ECU（電子控制單元

68、）和4個(gè)電池組信息檢測(cè)ECU； 4個(gè)電池組ECU與電池包ECU組成一個(gè) CAN總線網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)CAN控制器與電池組ECU組成電池管理系統(tǒng)內(nèi)部的CAN網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)CAN控制器與汽車中其他控制系統(tǒng)組成整車光纖CAN總線網(wǎng)絡(luò) [5]。</p><p>　?。?）鋰電池測(cè)控系統(tǒng)</p><p>　　本文主要研究的就是鋰電池的監(jiān)控系統(tǒng)，主要是基于CAN總線由單片機(jī)PIC18F4580自帶的AD進(jìn)行模數(shù)

69、轉(zhuǎn)換，及內(nèi)帶的CAN控制器作為硬件部分的主導(dǎo)。后面的章節(jié)將對(duì)鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)研究。</p><p>　　3 動(dòng)力電池監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　混合動(dòng)力汽車的整車性能很大程度上依賴于動(dòng)力電池，高性能、高可靠性的電池監(jiān)控系統(tǒng)能使電池在各種工作條件下獲得最佳的性能。通過(guò)蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)，如電池電壓 、充放電電流、溫度等、預(yù)測(cè)電池（SOC），以提升電

70、池性能和壽命，提高混合動(dòng)力汽車的可靠性和安全性。所以研制出一套電池組的監(jiān)控系統(tǒng)顯得很必要也尤為重要。</p><p>　　3.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求與難點(diǎn)</p><p>　　電池監(jiān)控系統(tǒng)可簡(jiǎn)單的認(rèn)為分為三部分：數(shù)據(jù)采集單元，檢測(cè)單元，顯示控制單元。在一般情況下，所有的采集單元均處于睡眠狀態(tài)，不進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而顯示控制單元也只是顯示內(nèi)存中的有關(guān)電池?cái)?shù)據(jù)，并保持與上位機(jī)通信。在顯示控制單元內(nèi)

71、部設(shè)有定時(shí)程序，當(dāng)定時(shí)時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，顯示控制單元就開(kāi)始下達(dá)數(shù)據(jù)采集命令。首先向設(shè)定為第一號(hào)的數(shù)據(jù)采集單元下發(fā)采集命令，當(dāng)?shù)谝惶?hào)的所有采集通道都采集完畢時(shí)就向顯示控制單元上發(fā)采集到的數(shù)據(jù)，顯示控制單元正確接收完送來(lái)的數(shù)據(jù)后接著就向第二號(hào)數(shù)據(jù)采集單元下發(fā)采集命令，后面的就是重復(fù)上述步驟，直到所有的數(shù)據(jù)都采集完畢，顯示控制單元就開(kāi)始向檢測(cè)單元下達(dá)命令，并開(kāi)始進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)完后再將數(shù)據(jù)送到顯示控制單元。顯示控制單元就對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處

72、理，對(duì)異常蓄電池進(jìn)行聲光警報(bào)，并在顯示屏上顯示報(bào)警信息，便于用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行處理。</p><p>　　電池監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)動(dòng)力電池組在使用過(guò)程中的工作狀況，融合現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，對(duì)電池組進(jìn)行軟硬件雙套實(shí)時(shí)、可靠、有效、合理的監(jiān)控與管理，從而確保電池組的安全使用。由于電動(dòng)汽車蓄電池組通常是由幾十個(gè)甚至上百個(gè)單體電池組成，所以，每一個(gè)單體電池的工作狀態(tài)正常與否不僅反映電池組性能的好壞，而

73、且影響電池組的容量及剩余能量。實(shí)踐表明，在混合動(dòng)力汽車運(yùn)行過(guò)程中，如不及時(shí)對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)，找出老化電池并給予調(diào)整，電池組的容量將變小，壽命將縮短，影響整個(gè)電池組的高效安全運(yùn)行。</p><p>　　圖3-1所示為BMS由電池監(jiān)控系統(tǒng)、電池荷電狀態(tài)(SOC)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)3部分構(gòu)成。傳感器、電池監(jiān)控系統(tǒng)和SOC系統(tǒng)構(gòu)成底層系統(tǒng)，數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)為上層系統(tǒng)，系統(tǒng)之間通過(guò)內(nèi)部CAN總線通信[6]。</p>

74、<p>　　圖3-1 CAN在監(jiān)控系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)位置</p><p>　　下面介紹動(dòng)力電池工作狀態(tài)檢測(cè)方法：</p><p>　　動(dòng)力電池組一般都采用串聯(lián)方式工作，工作電流與單體電池是一樣的，檢測(cè)比較容易，而端電壓的檢測(cè)則比較麻煩。若只檢測(cè)電池組的端電壓方法很簡(jiǎn)單，只需在電池組的兩端接上檢測(cè)電路即可，但這樣做是不行的，因?yàn)殡m然可以得到總的工作電壓，但無(wú)法判斷具體單體電池的端電壓

75、，而只要有一塊電池出問(wèn)題就會(huì)影響整組電池的正常工作和性能；另外，對(duì)檢測(cè)電路的精度要求很高。一個(gè)單體電池端電壓的正常工作范圍比較小，而整組電池檢測(cè)很難發(fā)現(xiàn)單體電池的緩慢變化，包括單體電池本身的老化和因單體電池一致性問(wèn)題而帶來(lái)的積累效應(yīng)。整組檢測(cè)無(wú)法檢測(cè)電池及電池組實(shí)際容量，無(wú)法篩選其中已老化的電池。</p><p>　　實(shí)用的方法是檢測(cè)每一個(gè)單體電池。但對(duì)于串聯(lián)形成的電池組，要自動(dòng)檢測(cè)每個(gè)單體，測(cè)電池的端電壓所遇到

76、的主要問(wèn)題是測(cè)量參考點(diǎn)的選擇以及檢測(cè)電路與被檢測(cè)電池組的電隔離問(wèn)題。電位參考點(diǎn)的選擇不僅影響測(cè)量精度，還對(duì)測(cè)量電路的測(cè)量范圍提出了很高的要求。而被檢測(cè)電池組與檢測(cè)電路的隔離不僅涉及到系統(tǒng)的安全還影響檢測(cè)電路的復(fù)雜度和可實(shí)現(xiàn)性。</p><p>　　根據(jù)本課題的設(shè)計(jì)要求，在此采用集中／分布式檢測(cè)法如圖3-2所示：此方法提出“局部集中”、“整體分布”的檢測(cè)思路，即將全部電池分成若干個(gè)小組，每個(gè)小組用一個(gè)檢測(cè)模塊進(jìn)行“

77、集中式”檢測(cè)，整個(gè)系統(tǒng)由若干個(gè)檢測(cè)模塊通過(guò)CAN總線連接而成。簡(jiǎn)言之，集中／分布式檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)就是檢測(cè)單元部分模塊化、本地化，數(shù)據(jù)靠總線傳輸。集中／分布式檢測(cè)有以下主要優(yōu)點(diǎn)：加強(qiáng)了組建系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)充性；增加了系統(tǒng)的可靠性；具有較高的性價(jià)比。為了降低成本、縮小體積、簡(jiǎn)化電路，電池檢測(cè)模塊應(yīng)由單片機(jī)完成。單片機(jī)選型的主要條件是：至少有4路10位精度以上的A／D轉(zhuǎn)換器(因?yàn)橐粔K電池至少需要電壓和溫度2路檢測(cè))；內(nèi)部自帶CAN總線控制器。

78、</p><p>　　當(dāng)電池在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了異常情況時(shí)，有顯示控制單元進(jìn)行及時(shí)的報(bào)警和進(jìn)行性能分析，當(dāng)電池的電壓、電流、溫度和內(nèi)阻值出現(xiàn)異常時(shí)，顯示控制單元將進(jìn)行實(shí)時(shí)聲光語(yǔ)音報(bào)警。其主要的報(bào)警內(nèi)容大致如下：電池單體電壓過(guò)高、電池單體電壓過(guò)低、電池整組電壓過(guò)高、電池整組電壓過(guò)低、電池電流過(guò)大、電池溫度過(guò)高、環(huán)境溫度過(guò)高、電池容量不足等警報(bào)故障[12]。</p><p>　　圖3-2 分布∕

79、集中檢測(cè)法</p><p>　　3.2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是基于CAN總線的電池監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，硬件方面主要用到的了各種隔離元件，顯示控制單元，數(shù)據(jù)采集處理及分析部分，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)要求相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較高。既要考慮安全性同時(shí)還要考慮到可實(shí)現(xiàn)性。</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路</p><p><

80、b>　　（1）隔離技術(shù)：</b></p><p>　　隔離技術(shù)是電池組通信的關(guān)鍵。為了提高電池組電壓，就必須增加電池組中的電池?cái)?shù)量。除了增加串聯(lián)電池?cái)?shù)量之外，現(xiàn)在的許多電池包還含有并聯(lián)電池串，目的是提高整個(gè)電池包的安培小時(shí)(AH)容量。為了監(jiān)控各并聯(lián)電池串，就需要收集大量數(shù)據(jù)。與所有這些電池相關(guān)的電池監(jiān)控器數(shù)據(jù)，必須在系統(tǒng)集成商設(shè)定的系統(tǒng)環(huán)路時(shí)間要求范圍內(nèi)，可靠地回傳給電池測(cè)量系統(tǒng)(BMS)微控

81、制器。在一個(gè)模塊中各電池間都是串聯(lián)的形式存在，串聯(lián)電池串的中間有一個(gè)開(kāi)關(guān)。一般情況下，無(wú)論汽車正常行駛還是停車，該開(kāi)關(guān)始終閉合。車輛維修時(shí)或緊急情況下，需將該開(kāi)關(guān)拉開(kāi)或離開(kāi)所在位置，禁止電池組端電極出現(xiàn)電池組電壓。為了不影響開(kāi)關(guān)斷開(kāi)所提供的隔離性能，必須確保沒(méi)有任何電子器件橋接開(kāi)關(guān)端子。因此，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電池組的上半部分應(yīng)與下半部分應(yīng)保持電氣隔離。這意味著，電池組上半部分的電池?cái)?shù)據(jù)必須通過(guò)其最底部的電池監(jiān)控器通信，跨過(guò)隔離柵，傳輸至管理

82、整個(gè)電池組數(shù)據(jù)流入流出的微處理器或微控制器。類似地，電池組下半部分也必須與此微處理器或微控制器隔離，因此也有與上半部分相同的隔離柵。</p><p>　　除電池監(jiān)控器外，電池組中還有一個(gè)電流監(jiān)控器，用來(lái)測(cè)量并報(bào)告電池組的電流。該監(jiān)控器一般放在電池組底部，也需要考慮隔離。霍爾效應(yīng)電流傳感器本身具有電流隔離功能，無(wú)需再配置隔離電路。因此，除非電流檢測(cè)監(jiān)控器能夠接入最底部的電池監(jiān)控器，共用其隔離柵。</p>

83、<p>　　此外還有REF交換電路的隔離，因?yàn)樯婕暗捷斎腚妷哼^(guò)高而實(shí)際上芯片的工作電壓根本就達(dá)不到那么高的要求，這樣就可能會(huì)導(dǎo)致燒壞元件，甚至破壞電路，所以有必要利用基準(zhǔn)設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)電壓來(lái)進(jìn)行隔離。如本設(shè)計(jì)中對(duì)參考電壓的基準(zhǔn)應(yīng)設(shè)置到外基準(zhǔn)為3.84V。而且CAN總線有電源直接供電，輸入電壓為12V,而控制器正常工作所能承受最高電壓就根本達(dá)不到那么高，如果直接使用輸入的電壓肯定也會(huì)燒壞電子設(shè)備破壞電路，所以此時(shí)也需要有隔離。

84、主要是應(yīng)用了接地隔離的原理，同一個(gè)芯片上采用多個(gè)接地端口，而只有一個(gè)接地是用來(lái)做負(fù)極輸出的功能，另外的接地端就認(rèn)為是接地隔離了[6] 。</p><p><b>　　（2） 數(shù)據(jù)采樣</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集單元部分主要負(fù)責(zé)采集蓄電池運(yùn)行的基本參數(shù)，包括電壓、電流和溫度。采用繼電器隔離克服了蓄電池高共模電壓的問(wèn)題，采用高速高精度轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬量參數(shù)向數(shù)字

85、量的轉(zhuǎn)化。</p><p>　　由于在對(duì)電池的測(cè)量時(shí)存在高共模電壓，而一般的多路模擬開(kāi)關(guān)集成電路的共模電壓都較低，所以不宜采用多路模擬開(kāi)關(guān)集成電路。本設(shè)計(jì)中用了AD采樣，在單片機(jī)測(cè)量和控制系統(tǒng)中，對(duì)外界數(shù)據(jù)及信號(hào)的讀取基本上都是通過(guò)AD方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。主要是通過(guò)控制AD的引腳接法來(lái)控制測(cè)量的電壓。AD轉(zhuǎn)換器對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換速度很快，一般為幾微秒到幾十微秒，而且CPU對(duì)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換提供的數(shù)據(jù)可直接識(shí)別。</p>

86、<p>　?。?） CAN通訊設(shè)計(jì)</p><p>　　CAN（Controller Area Network）總線又稱控制局域網(wǎng)絡(luò)，最早由德國(guó)BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信，CAN已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。</p><p>　　CAN作為上位機(jī)與監(jiān)控設(shè)備的通信接口，通訊的好壞直接影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。本課題中主要是針對(duì)單片機(jī)PIC18

87、F4580內(nèi)自帶的CAN控制器對(duì)ADC采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制處理再經(jīng)總線傳輸至上位機(jī)顯示界面。</p><p>　　3.2.2 隔離部分設(shè)計(jì)</p><p>　?。?） 電池的隔離技術(shù)</p><p>　　在本課題中，對(duì)混合動(dòng)力汽車中的動(dòng)力電池我們選用的是磷酸鐵鋰電池，所以對(duì)它的監(jiān)控技術(shù)要做一個(gè)具體的了解。首先，用到的每塊鋰電池電壓是標(biāo)準(zhǔn)電壓3.2V，充電電壓3.65V

88、，相對(duì)來(lái)說(shuō)充電要求高。在整個(gè)電池組中有100塊電池，分成10個(gè)模塊，每個(gè)模塊10塊電池。但即使這樣，100塊電池總共也有320V的電壓，而一般AD部件及晶體管器件所能承受的電壓不超過(guò)35V，所以一定要對(duì)電池采取隔離措施。在本設(shè)計(jì)中，我們用到的是一種特殊的保護(hù)開(kāi)關(guān)AQW214S（光耦繼電器）。利用發(fā)光二極管導(dǎo)通就發(fā)光的的原理來(lái)工作，電路中的兩個(gè)二極管分別控制電池的兩個(gè)極如下圖所示：當(dāng)左部的發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)即發(fā)光而右部的開(kāi)關(guān)開(kāi)始工作，即左端

89、口CE1+與右端口CE1+連接，左端口CE1-與右端口CE1-連接，右邊CE1+與CE+直接相通，CE1-與CE-直接相通，當(dāng)兩個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通發(fā)光，開(kāi)關(guān)感應(yīng)到光就開(kāi)始工作這時(shí)就起到了隔離作用，即光電隔離。它既可以起到保護(hù)作用防止短路，又可以避免電壓過(guò)大從而燒壞器件。同時(shí)在發(fā)光二極管前接有一個(gè)限流電阻目的是起到分壓作用。如下圖所示為一個(gè)電池組模塊的10塊電池應(yīng)用AQW214S進(jìn)行隔離的電路原</p><p>　　

90、圖3-3 電池隔離部分</p><p>　?。?） MCU供電隔離</p><p>　　如下圖所示：應(yīng)用元件D120909S，輸入電壓為12V，三個(gè)接地端，但采用了不同的接地方式，其中GND-CAN接地目的是對(duì)CAN總線進(jìn)行隔離，因?yàn)檩斎氲?2V電壓會(huì)破壞總線電路。0V1則是指基準(zhǔn)接地，因?yàn)?2V輸入只需要較小的輸出。0V2就是芯片本身的接地。所以三個(gè)接地端口就只有引腳6的接地時(shí)芯片本身的

91、接地輸出，另外兩個(gè)接地端實(shí)際上就是起到了隔離的作用。對(duì)MCU設(shè)定了基準(zhǔn)電壓為3.84V，所以在輸入12V的電壓后經(jīng)過(guò)D120909S后就只輸出了器件能夠承受并且又能正常工作的電壓，從而不會(huì)燒壞器件。原理如下圖所示：</p><p>　　圖3-4 MCU供電隔離</p><p>　?。?） CAN總線隔離</p><p>　　由于CAN總線具有諸多其他總線無(wú)法比擬的特

92、性,所以CAN在許多場(chǎng)合應(yīng)用廣泛。尤其是在一些強(qiáng)干擾的惡劣環(huán)境下,比如工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),更是有著重要的應(yīng)用。因此在某些應(yīng)用領(lǐng)域,由于現(xiàn)場(chǎng)情況十分復(fù)雜,各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在很高的共模電壓。雖然CAN接口采用的是差分傳輸方式,具有一定的抗共模干擾的能力,但當(dāng)共模電壓超過(guò)CAN驅(qū)動(dòng)器的極限接收電壓時(shí),CAN驅(qū)動(dòng)器就無(wú)法正常工作了,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤酒蛢x器設(shè)備。因此,在強(qiáng)干擾環(huán)境中,或是高的性能要求下,就必須對(duì)CAN總線各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)實(shí)行電氣隔離。

93、60;   傳統(tǒng)的CAN總線隔離方法是光耦合器技術(shù),使用光束來(lái)隔離和保護(hù)檢測(cè)電路以及在高壓和低壓電氣環(huán)境之間提供一個(gè)安全接口。本課題中使用的是6N137光電隔離器件,該器件工作電壓為5V,最高速率10Mbps,工作溫度一般為0℃到70℃,隔離電壓2500Vrms,并且以DIP8型封裝,每個(gè)芯片僅提供一個(gè)隔離通道。</p><p>　　CAN驅(qū)動(dòng)器我們選用的CAN總線驅(qū)動(dòng)芯片MCP25

94、51,它完全兼容ISO－11898標(biāo)準(zhǔn),最高速率可達(dá)1Mbps,提供了更好電磁輻射和抗電磁干擾能力性能,為了更好的確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性,外加幾個(gè)電阻R起限流作用,防止MCP2551受過(guò)流沖擊,連接的各電容為小電容以濾除總線上的高頻干擾和防止電磁輻射,連接的各個(gè)二極管為防雷擊管,用來(lái)防止總線上的瞬變干擾[6]。 </p><p>　　圖3-5 CAN總線隔離</p><p>　　3.2.3 MC

95、U的AD電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在硬件方面單片機(jī)起到了主導(dǎo)的作用。本設(shè)計(jì)主要用到的是PIC18F4580系列的高級(jí)單片機(jī)，它具有一切高級(jí)微控制器的一系列特性。此部分在設(shè)計(jì)中主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行分析和及時(shí)的處理，將處理好的數(shù)據(jù)在發(fā)送到顯示控制部分。</p><p>　　（1）單片機(jī)的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　?、倬哂懈咝阅?RISCCPU,所以效率高

96、。因?yàn)樗懈哌_(dá)2MB的程序存儲(chǔ)器;高達(dá)4KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;運(yùn)行速度快:DC-40MHz時(shí)鐘輸入，DC-2OOns指令周期;16位寬指令，8位寬數(shù)據(jù)通道；</p><p>　?、谧詭D轉(zhuǎn)換器：它有四路10位11個(gè)輸入通道進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；</p><p>　　③內(nèi)置CAN控制器：且符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISOCAN，高達(dá)1MbpS的通信速率；</p><p>　?、茯?qū)動(dòng)電流大：

97、寬范圍的工作電壓2.0V到5.0V;高吸入/拉出電流:25mA；</p><p>　?、莸凸?當(dāng)在5V，4MHz時(shí)典型值小于2mA；在3V，32KHz時(shí)典型值小于20uA；典型的穩(wěn)態(tài)電流值小于l uA。</p><p>　?。?）PIC18F4580的結(jié)構(gòu)原理圖如3-6所示：</p><p>　　圖3-6 PIC18F4580結(jié)構(gòu)原理圖</p>&l

98、t;p>　　（3）PIC18F4580各功能模塊介紹：</p><p>　?、買/0端口模塊：RA-RE是5組通用的1/0端口，其中多數(shù)管腳有第二甚至第三功能，這些多功能的外圍端口是PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的處理功能的重要基礎(chǔ)和保證。</p><p>　?、诙〞r(shí)器TMRO，TMR1，TMR2，TMR3模塊：TMRO、TMRI、TMRZ、TMR3是四個(gè)8位或16位定時(shí)(計(jì)數(shù))器，本系統(tǒng)的設(shè)

99、計(jì)中用到的TMRO作為16位寬的定時(shí)器，用作延時(shí)用;TMRZ與脈寬調(diào)制CCPI模塊配合實(shí)現(xiàn)P枷輸出功能。</p><p>　?、跘/D轉(zhuǎn)換器(或稱ADC模塊)：PIC18F458O具有10個(gè)通道10位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其作用是將外部的各種模擬物理量變換為便于單片機(jī)內(nèi)部處理的數(shù)字量。</p><p>　　④CAN模塊：PIC18F4580的CAN控制器模塊是本設(shè)計(jì)使用的最重要的模塊，利用C

100、AN控制器與CAN總線收發(fā)器，可以組成CAN通信網(wǎng)絡(luò)，完成點(diǎn)對(duì)多CAN模塊之間的高速通信[8]。 </p><p><b>　?。?）運(yùn)算放大器</b></p><p>　　AD706是雙低功耗雙極型運(yùn)算放大器，有放大器的低輸入偏置電流，但它的偏置電流Ib隨溫度的漂移卻非常小，而且它具有較低的輸出偏置電壓，同時(shí)獲得的輸入偏流也是非常的小。AD706具有精密雙極型輸入放

101、大器的微伏級(jí)失調(diào)電壓和低噪聲特性。由于AD706的輸入偏置電流很小，所以它不需要平衡電阻，它的噪聲電流小使得它可用于信號(hào)源內(nèi)阻高的場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)中用到的AD706的電源電流是OP07的1/6，它更適合當(dāng)今的高密度線路板。而且AD706特別適于作為12位和14位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的低通有源濾波器。AD706在內(nèi)部已對(duì)單位增益進(jìn)行了補(bǔ)償。</p><p>　　此部分設(shè)計(jì)還采用了二級(jí)電路跟隨器。跟隨器能夠進(jìn)行阻抗變換，它的輸入

102、阻抗高(相當(dāng)于對(duì)前級(jí)電路開(kāi)路)，所以能夠精確的把從輸出端口上分得電壓反饋到輸入端；輸出阻抗低（對(duì)后級(jí)電路相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，輸出電壓不受后級(jí)電路阻抗的影響），所以比起直接從電阻反饋回去對(duì)輸入端的干擾要小很多，從而使前后級(jí)電路之間互不影響，即起到了隔離作用。同時(shí)跟隨器主要還起到了緩沖的作用，因?yàn)檫\(yùn)放的輸出阻抗很高，而后級(jí)的輸入阻抗又很小，信號(hào)就會(huì)在前級(jí)的輸出電阻部分損耗，所以這時(shí)，跟隨器就起到了緩沖的作用。如圖3-7所示為二級(jí)電壓跟隨電路：

103、 </p><p>　　圖3-7 二級(jí)電壓跟隨電路</p><p>　　（5）基準(zhǔn)電壓的設(shè)計(jì)</p><p>　　基于PIC單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換電路中，輸入電壓相對(duì)于元件的工作電壓較大，所以就會(huì)用到基準(zhǔn)，給系統(tǒng)的AD采集提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)，無(wú)論輸入的電壓多大元件總能夠保證相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)量值。本模塊用到的是CJ431，定基準(zhǔn)電壓為3.84V。</p><p&

104、gt;　　TL431（CJ431）是指三端可調(diào)分流穩(wěn)壓器，輸出電壓可設(shè)定為任何值（約2.5V到31V），具有一個(gè)典型的0.2Ω輸出阻抗，由于它具有低輸出飄移與溫度，能確保完好的穩(wěn)定在整個(gè)溫度范圍內(nèi)。因?yàn)楸疚闹袦y(cè)量電池的最高電壓有可能高于3.65V，因此，本文中涉及到的TL431電路，將2.5V的輸出電壓調(diào)整為3.84V，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用了TL431的可調(diào)性。如下圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 基準(zhǔn)TL4

105、31電路</p><p>　　圖3-9 電壓采集模塊整體電路</p><p>　　圖3-10 整體電壓采集模塊實(shí)物</p><p>　　3.2.4 CAN通信設(shè)計(jì)</p><p>　?。?） CAN總線簡(jiǎn)介</p><p>　　CAN總線采用了許多新技術(shù)和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，與一般的通信總線相比，具有突出的可靠</p&g

106、t;<p>　　性、實(shí)時(shí)性和靈活性，歸納其主要特點(diǎn)如下:</p><p>　?、貱AN總線采用多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主從，通信方式比較靈活。</p><p>　?、贑AN總線上節(jié)點(diǎn)信息以報(bào)文標(biāo)識(shí)符劃分優(yōu)先級(jí)以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。</p><p>　?、跜AN總線采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。<