系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) - 動(dòng)力電池組測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示， 主要包括以下幾個(gè)模塊： 微控制器、電源模塊、電流及安時(shí)檢測(cè)模塊、瓦時(shí)檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊以及通信接口電路。

　　圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

　　微控制器采用的是MC9S12DT128B 芯片， 該芯片具有串行接口、CAN 控制器等豐富的外圍資源，只需加入電平轉(zhuǎn)換電路即可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的232通信。本設(shè)計(jì)使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)， 它支持1- w ire總線協(xié)議， 可利用單片機(jī)的一個(gè)端口來讀取多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)字化溫度信息， 擴(kuò)展方便。

　　電壓檢測(cè)采用bq76PL536 芯片， 它同時(shí)檢測(cè)3到6節(jié)電池， 測(cè)量的單只電池的電壓范圍為1~ 5V。

　　該芯片由所測(cè)電池直接供電， 供電電壓范圍為5. 5~ 30V。為了保證芯片在所測(cè)電池少于3 節(jié)時(shí)仍能正常工作， 電路中外接9V 的直流電源。在電池總電壓小于9V 時(shí)， 采用外部供電。該芯片具有電池過電壓， 欠電壓保護(hù)功能， 電壓閾值及檢測(cè)延遲時(shí)間這些保護(hù)參數(shù)可通過程序?qū)懭搿．?dāng)某節(jié)電池的實(shí)際情況超過設(shè)定的安全閾值范圍時(shí)， 芯片中電池故障寄存器相應(yīng)字節(jié)置位， 從而通知充電機(jī)動(dòng)作， 防止電池過充或過放。在芯片外圍， 有MOS管與電阻構(gòu)成的均衡電路， 芯片的CBx管腳可以控制MOS管的導(dǎo)通與關(guān)斷， 如圖3所示。通過軟件設(shè)置， 當(dāng)程序判斷出某節(jié)電池需要均衡時(shí)， 該電池對(duì)應(yīng)的CBx 管腳被置位， 這時(shí)與CBx 相連接的MOS管導(dǎo)通， 均衡電路啟動(dòng)。

　　圖3 均衡電路

　　CS5460A 芯片能夠精確檢測(cè)和計(jì)算有功電能、瞬時(shí)功率、IRM S和VRM S, 本系統(tǒng)用兩片CS5460 分別檢測(cè)電流、安時(shí)和瓦時(shí)。其中一片CS5460 采用分壓電阻檢測(cè)電壓， 分流器檢測(cè)電流， 通過軟件設(shè)置，它在每秒鐘內(nèi)對(duì)電壓、電流信號(hào)采樣4000次， 并計(jì)算出瞬時(shí)功率。通過4000次功率的累計(jì)， 芯片可自行計(jì)算出這一秒鐘內(nèi)的能量值， 即?? 瓦時(shí) 。另外一片CS5460將通過電壓測(cè)量通道測(cè)量恒壓源信號(hào)，電流測(cè)量通道測(cè)量分流器信號(hào)， 這樣測(cè)得的數(shù)值為電流與時(shí)間的積分， 即電池電量的計(jì)量單位?? 安時(shí) , 可用于SOC 的計(jì)算。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件分為主程序、電流檢測(cè)及安時(shí)檢測(cè)、瓦時(shí)檢測(cè)、電壓檢測(cè)、溫度檢測(cè)以及RS232程序。系統(tǒng)上電后， 主程序開始運(yùn)行。首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化， 之后進(jìn)入主循環(huán)， 然后循環(huán)調(diào)用其他子程序模塊， 完成各個(gè)參數(shù)的采集、通訊等功能。

　　上位機(jī)監(jiān)控軟件在VC + + 6. 0 編程環(huán)境下完成， 整個(gè)應(yīng)用程序采用模塊化和結(jié)構(gòu)化模式： 各個(gè)程序模塊分別設(shè)計(jì)， 然后用最小的接口組合起來， 控制明確地從一個(gè)程序模塊轉(zhuǎn)移到下一個(gè)模塊。該監(jiān)控系統(tǒng)包括：

　　數(shù)據(jù)顯示： 實(shí)時(shí)顯示電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)所檢測(cè)到的電池總電壓、單體電壓、電流、充放電總?cè)萘?、充放電總能量、溫度等信息?將接收到的數(shù)據(jù)按時(shí)間先后順序存儲(chǔ)到access形式的數(shù)據(jù)庫中。讀取已存儲(chǔ)的access庫， 以列表的形式在界面上顯示數(shù)據(jù)。

　　參數(shù)設(shè)置及校準(zhǔn)： 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上電后， 通過RS232接口和PC 之間的通訊， 根據(jù)事先設(shè)定的通信協(xié)議， 對(duì)電池的信息進(jìn)行修改， 或?qū)π酒M(jìn)行軟件校準(zhǔn)等。

　　數(shù)據(jù)處理： 分析收到的電壓、溫度數(shù)據(jù)， 計(jì)算出最高、最低電壓/溫度， 及其位置信息， 并實(shí)時(shí)顯示。

　　另外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)電池容量變化的實(shí)時(shí)計(jì)算， 但實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合， 通過電流積分來進(jìn)行SOC 估算存在累計(jì)誤差， 所以需要定期修正。在上位機(jī)程序中， 有預(yù)留的模塊添加用于SOC 修正的代碼。在進(jìn)行SOC 估算的實(shí)驗(yàn)時(shí)， 可根據(jù)實(shí)時(shí)收到的電池相關(guān)參數(shù)， 結(jié)合程序事先設(shè)置好的修正方法， 實(shí)現(xiàn)SOC在線估算。

　　充放電設(shè)備控制： 在上位機(jī)程序中有預(yù)留的模塊用于添加充放電設(shè)備的控制程序， 使電池的電壓、溫度、充放電容量、充放電能量等相關(guān)參數(shù)都能參與電池的充放電控制和管理。在電池充放電過程中，上位機(jī)分析收到的電池狀態(tài)和信息， 同時(shí)判斷電池組中所有電池是否發(fā)生過充電、過放電或過溫， 由于充放電設(shè)備與上位機(jī)之間存在CAN 通信， 會(huì)及時(shí)按照上位機(jī)的程序指令動(dòng)作。這種控制模式可以方便的用于電池組充放電策略的研究， 上位機(jī)按照預(yù)先設(shè)定好的控制策略計(jì)算出充放電設(shè)備的電壓、電流控制值， 并發(fā)送給充放電設(shè)備使其動(dòng)作。同時(shí)這種控制模式也可以模擬電動(dòng)汽車的實(shí)際運(yùn)行情況， 提高了充放電設(shè)備的智能化水平， 簡(jiǎn)化了充電工作人員設(shè)置充電參數(shù)等繁瑣的工作， 使得充電機(jī)具有了更好的適應(yīng)性， 充電機(jī)只需要得到上位機(jī)提供的指令就能實(shí)現(xiàn)安全充電。