- 電池管理系統(tǒng)的工作過程及特點(diǎn)
- 電池管理系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計
- 電池管理系統(tǒng)的通訊接口設(shè)計
- 單箱電池電壓的采集
- 電池管理測控模塊的參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)讀取
- 檢測電池管理系統(tǒng)是否正常和電壓測量精度
- 為電池管理測控模塊提供電源
電池管理系統(tǒng)的工作過程及特點(diǎn)
電池管理系統(tǒng)的主要功能可以分為以下五個部分：
1.單箱電池電壓的采集;
采用光電繼電器的逐節(jié)電壓切入的檢測結(jié)構(gòu)，解決了共地的問題，避免了電阻分壓式的誤差累積的缺點(diǎn)，確保電壓測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。利用手動檢測模塊中的MAX111實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸送到CPU中進(jìn)行分析。
2.電池管理測控模塊的參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)讀取;
通過RS-485總線使電池管理系統(tǒng)的測控模塊與手動檢測模塊的CPU相連，實(shí)現(xiàn)對測控模塊的參數(shù)設(shè)置，同時還可以將測控模塊測量到的數(shù)據(jù)讀取到CPU中。
3.檢測電池管理系統(tǒng)是否正常和電壓測量精度;
手動檢測模塊可以通過LCD將檢測結(jié)果，例如電池電壓，電池組溫度等顯示出來，方便用戶與電池組的sharp高亮液晶顯示結(jié)果進(jìn)行比較，判斷出電池管理系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以利于有效的完成對電池組的管理。
4.顯示功能;
電壓檢測的結(jié)果輸送到CPU后會存儲到E2PROM，同時也可以在顯示屏上顯示出來，方便用戶使用。
5.為電池管理測控模塊提供電源;
電動汽車可提供24V供電電源，變化范圍18~32V，所以電池管理系統(tǒng)的工作電源均由此得到。在手動檢測模塊中，可以通過電源變換部分將24V變5V，然后經(jīng)過電源隔離部分實(shí)現(xiàn)DC-DC隔離，就可以為測控模塊提供電源。
硬件電路的設(shè)計
本章將以作者的實(shí)際工程開發(fā)為基礎(chǔ)，著力講述系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，及其整體功能的協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)。
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1管理系統(tǒng)的總體硬件構(gòu)造
系統(tǒng)的硬件框圖如下：
圖3.1電池管理系統(tǒng)的硬件框圖
2MCU的應(yīng)用設(shè)計
采用的MC9S12A64CPV是屬于Motorola公司的HCS12系列，HCS12是繼HC12系列之后推出的16位MCU，軟件兼容HC11。HCS12系列功能性很強(qiáng)，在智能化儀器儀表，通信設(shè)備，家用電器等領(lǐng)域，特別是在便攜式，智能化的設(shè)備和自控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
3數(shù)據(jù)存儲部分設(shè)計
檢測模塊在工作中要記錄一些重要信息和運(yùn)行結(jié)果，如單體電池電壓，溫度等，在電動汽車使用過程中記錄的電池組運(yùn)行數(shù)據(jù)也需要從存儲器中讀取、寫入，備份到PC機(jī)數(shù)據(jù)庫中，便于日后對電池進(jìn)行分析和*價。這些信息存儲的準(zhǔn)確性和可靠性直接反映了系統(tǒng)整體的準(zhǔn)確性和可靠性。要求在任何情況下，如上電、掉電、各種干擾等，記錄的各種數(shù)據(jù)均不能改變。通行的辦法是考慮使用防掉電RAM或EEPROM。防掉電RAM需要電池，成本較高，且電磁兼容性能差。所以選擇串行EEPROM作為數(shù)據(jù)記錄單元，其主要衡量指標(biāo)有接口方式、容量、擦寫次數(shù)以及抗干擾能力等。
4硬件看門狗設(shè)計
“看門狗技術(shù)”就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時間，若發(fā)現(xiàn)時間超過已知的循環(huán)設(shè)定時間，則強(qiáng)迫程序返回到0000H入口處，使程序重新開始。
本板設(shè)計的看門狗電路采用的是MAX公司的專用集成微處理器監(jiān)控復(fù)位電路MAX706。
MAX706系列mp監(jiān)控芯片能實(shí)現(xiàn)以下四方面的功能：
1.在電路上、掉電及異常時產(chǎn)生一個長達(dá)200ms的復(fù)位信號。
2.有一個獨(dú)立的看門狗。當(dāng)1.6s以上沒觸發(fā)看門狗輸入時，看門狗輸出變低。
3.有一個1.25V的電壓門檻檢測器，用于掉電報警、電池欠壓或監(jiān)控高于5V的電壓。
4.一個低電平有效的手動復(fù)位輸入，用以實(shí)現(xiàn)手動復(fù)位功能。
5顯示部分設(shè)計
顯示部分主要作用是方便用戶和電池管理系統(tǒng)的交互操作。通過顯示結(jié)果，讓用戶對蓄電池組的工作狀態(tài)有一個清晰的了解。
顯示部分主要由液晶器件來完成。選用16*16點(diǎn)陣顯示中文漢字或字符，以每行八個字每屏四行共32個中文漢字進(jìn)行顯示。所以采用的相關(guān)芯片應(yīng)該是12864型。考慮到本設(shè)計最常顯示的字符并不多，只有四十多個，所以決定選用不帶字庫液晶器件，自行對將要顯示的字符進(jìn)行編碼。
6電壓檢測模塊設(shè)計
從電池組將各組電壓通過接線引出，經(jīng)過濾波后，利用光控繼電器進(jìn)行選擇，通過電壓檢測芯片MAX111進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，后輸出，完成電壓檢測功能。
管理系統(tǒng)采用光電繼電器的逐節(jié)電壓切入的檢測結(jié)構(gòu)，電池電壓的具體測量過程為：例如想要測量電池B1的電壓，則閉合開關(guān)S1(其余開關(guān)全部斷開)，這時候Vin=VB1，經(jīng)過雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬;下一時間，需要測量B2的電壓，這時只需要先斷開S1，然后閉合S2，此時Vin=VB2。依次類推，依次可測量其它電池的電壓，并且此種測量方法各個電池互相獨(dú)立，不存在誤差累積的問題，所以測量精度更高。另外，高壓電池側(cè)和低壓CPU側(cè)隔離，避免了高壓側(cè)對低壓側(cè)的威脅。
7電源變換模塊
霍爾元件的供電電壓為5V，因?yàn)榛魻栐男盘柺欠答伒津?qū)動元件上，所以霍爾元件的供電電壓應(yīng)該在驅(qū)動部分由24V直接轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)的外加引入電源是24V，在通過DC/DC變換器與控制部分電源完全隔離后，通過電壓轉(zhuǎn)換即可得到5V電壓。
通訊接口設(shè)計
1通訊方式簡介
單片機(jī)與終端計算機(jī)的通用接口從類型上講主要有兩種，有線通訊最常見的有232和485通訊。RS-485主要適用于遠(yuǎn)距離，功率損耗較大的場合。本測量系統(tǒng)一般來說多應(yīng)用于工業(yè)場合，環(huán)境惡劣，干擾較強(qiáng)，多采用遠(yuǎn)距離抄表，RS-485優(yōu)異的抗干擾特性和遠(yuǎn)距離傳輸能力就成為本設(shè)計的首選。
2通訊方式的選用
從機(jī)掛在RS485總線上，采用半雙工工作方式。因?yàn)閺臋C(jī)采用單片機(jī)MC9S12D64，其引腳為TTL電平,串行接口電路由于RS485信號電平與單片機(jī)信號電平(TTL電平)不一致,因此，采用RS485標(biāo)準(zhǔn)時,必須進(jìn)行信號電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計中選用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX485芯片將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平。
3光耦隔離模塊的應(yīng)用
為提高工作可靠性，整個系統(tǒng)電路由24V變換后的單獨(dú)5V電源供電，各路信號全部采用光耦隔離輸出，杜絕電聯(lián)系，提高了抗干擾能力。由于信號的高低電平變化不頻繁，在從控制質(zhì)量和成本兩方面考慮的前提下，我們采用TI公司的高速光耦6N137和Toshiba公司的低成本光耦TLP521-1作為信號的隔離芯片，為了保持邏輯的清晰，光耦設(shè)計采用同相邏輯。
本文以奧運(yùn)鋰電池為實(shí)驗(yàn)對象，專門設(shè)計了適用于車載電池管理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，包括MCU,數(shù)據(jù)存儲，電壓檢測，顯示，通訊部分等，并搭建了整個BMS的硬件框架。通過分析奧運(yùn)會期間采用BMS的電動汽車實(shí)際運(yùn)行狀況，文中提出的電池管理系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠性好、檢測精度高，優(yōu)點(diǎn)顯著。
