（車輛工程專業(yè)論文）電動汽車電池管理系統(tǒng)的研究.pdf

山東理工人學碩士學位論文中文摘要 摘要 隨著全球環(huán)保意識的增強和能源問題的突出，電動汽車已成為節(jié)能環(huán)保綠色車 輛最主要的發(fā)展方向之一，在二十世紀得到迅速發(fā)展。電動汽車的動力源動力 電池，是目前電動汽車發(fā)展的瓶頸。電池技術和電池管理系統(tǒng)( b m s ) 的研究是解決 該問題的關鍵，倍受人們的關注。 本課題以云雀轎車改裝的雙輪驅(qū)動純電動汽車( e v ) 為試驗平臺，以閥控式鉛酸 蓄電池為研究對象，研制適用于電動汽車的電池管理系統(tǒng)。目的是延長電池使用壽 命、提高電池的能量效率和運行可靠性。 本論文利用安時法( a h ) 和卡爾曼濾波( k a l m a n ) 來估算電池荷電狀態(tài)，并利用 m a t l a b s i m u l i l l l ( 仿真驗證估算方法的精確性。在設計電池管理系統(tǒng)時，采用分 散采集集中處理的電池管理系統(tǒng)設計方案，即首先對各個單電池的基本信息進行采 集，然后由電池管理系統(tǒng)的控制芯片( i 皿n e o nx c l 6 4 c s ) 進行集中處理計算，從而得 出電池荷電狀態(tài)和電池工作狀態(tài)等信息。在硬件設計中詳細介紹了e c u 控制單元、 信號采集電路、主電路短路保護電路、c a n 通信接口電路等的設計。利用x c l 6 6 集成開發(fā)環(huán)境t a s k i n g 與s i m u l i n kr e a l t i m ew o r k s h o p ( r t w ) 連接進行代碼的硬件仿 真與軟件調(diào)試，采用v 字型的開發(fā)流程，使各個開發(fā)階段之間實現(xiàn)了無縫連接，提 高了開發(fā)效率，保證研發(fā)系統(tǒng)的可靠性。 最后，將鉛酸蓄電池與本文所設計的電池管理系統(tǒng)聯(lián)合進行調(diào)試、試驗。試驗 結果表明，本文所設計的電池管理系統(tǒng)( b m s ) 可以實現(xiàn)蓄電池的電壓、放電電流、 溫度等模擬量的采集，能夠?qū)﹄姵厥Ｓ嚯娏亢碗姵睾呻姞顟B(tài)進行估算，液晶顯示板 能實時顯示電池剩余電量并能夠進行故障報警。 關鍵詞：電動汽車；電池管理系統(tǒng)；電池荷電狀態(tài)；卡爾曼濾波 山東理工大學碩士學位論文第一章緒論 1 1 課題背景及選題意義 第一章緒論 汽車的出現(xiàn)已經(jīng)一百多年，經(jīng)歷了從歐洲的手工生產(chǎn)到美國的自動化生產(chǎn)、到日本 的精益生產(chǎn)三個階段。它促進了經(jīng)濟的發(fā)展，改善了人們的生活，但是汽車發(fā)展到今 天，也帶來嚴重的問題，即能源、環(huán)保和安全。這是可持續(xù)交通的三大挑戰(zhàn)，也是2 1 世紀汽車革命的方向【1 1 。就在世界各國努力研發(fā)安全、潔凈、環(huán)保的汽車時，人們把目 光再次投向了電動汽車身上。 自1 8 7 3 年戴維遜成功地研制了第一輛電動汽車( e l e c t r i cv e h i c l e ，簡稱e v ) 后，電 動車在十九世紀就有了一定的發(fā)展，但由于蓄電池性能差，汽車續(xù)駛里程短，整車性能 不能滿足用戶的要求，而逐漸退出了歷史舞臺【2 j 。自上個世紀9 0 年代以來，隨著世界 汽車保有量的急劇增長和汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車對人類環(huán)境的污染越 來越嚴重，約有4 2 的污染來自于燃油汽車的排放，環(huán)境保護的呼聲日益高漲，再加 上石油儲量日益短缺的壓力，迫使人們重新考慮未來汽車的動力問題。電動汽車再度成 為世界各國的研究熱點，成為各國汽車行業(yè)關注的焦點。現(xiàn)代的電動汽車技術是2 0 世 紀最偉大的2 0 項工程技術成就的前兩項技術的融合，即“電氣化”和“汽車”融合的 產(chǎn)物【3 】?，F(xiàn)代電動汽車具有能源效率高、能源多樣化、低噪聲、零排放污染等突出優(yōu) 點，將成為二十一世紀的重要交通工具之一，開發(fā)前景十分廣闊。因此，發(fā)展電動汽車 目前被認為是解決未來能源與環(huán)境問題的最有希望的措施之一，在世界范圍內(nèi)得到各國 政府、汽車生產(chǎn)企業(yè)和科研機構的高度重視【4 】【5 】【6 】陰【8 】o 美、日、歐等發(fā)達國家和地區(qū)主要集中于電動轎車的研制【9 】。電池也由以前單一選 用的鉛酸電池，發(fā)展到現(xiàn)在所用的鎳氫電池、新型鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鋰離子電池 等各種新式高性能電池；驅(qū)動電機既有直流電機，也有交流電機；快速充電方法及制動 能量回收方法的研究也有很大的進展。 我國政府非常重視對電動汽車的發(fā)展。在“九五”、“十五”期間，國家投入了大 量人力、物力對電動汽車進行研發(fā)，電動汽車被列入“8 6 3 ”重點項目、十五重大攻關 項目。各省及汽車生產(chǎn)企業(yè)也在積極地進行電動汽車的研發(fā)，本論文課題就是結合山東 省電動汽車研發(fā)項目展開研究與實驗的。 電動汽車包括純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車，但制約他們未 能普及的關鍵因素是車載動力電池的技術相對落后【l0 1 。世界各國都在為電動汽車潛心 研制高性能車載電池，但仍與期望目標存在較大差距；利用電池電子技術，開發(fā)高智能 1 山東理工大學碩士學位論文第一章緒論 電池能源管理系統(tǒng)，可有效地縮短目前電池能量相對低與期望目標相對高的差距；可以 有效地解決電動汽車續(xù)駛里程和乘坐舒適性之間的矛盾；可在復雜多變的外界環(huán)境條件 下，更高效地利用電池能量，并能延長電池壽命等。本課題是以閥控式鉛酸蓄電池為動 力源、以純電動汽車v ) 工程項目為背景，對微型純電動車所用的閥控式密封鉛酸蓄電 池組進行監(jiān)控管理。 1 2 電動汽車電池管理系統(tǒng)綜述 1 2 1 電池管理系統(tǒng)的重要性【l l 】 混合動力電動汽車( h e v ) 電池管理系統(tǒng)的要求是監(jiān)測電池的剩余電量，預測電池的 功率強度，以便監(jiān)控電池的使用工況，在汽車啟動和加速時提供足夠的輸出功率，當剎 車時電池組能夠回收更多的能量以便提供足夠的輸入功率，并且不對電池組造成傷害。 而電池的功率強度則直接影響h e v 的加速性能。對于純電動汽車( 】巳v ) ，電池管理系統(tǒng) 不僅要求能夠正確監(jiān)測使用過程中消耗的電池能量，而且要求能夠預測電池所剩余的電 量即剩余電量，電池的剩余電量直接決定e v 的最大續(xù)駛里程，純電動汽車的電池管理 系統(tǒng)根據(jù)汽車當前行駛工況，預測汽車續(xù)駛里程，這樣可減輕駕駛員的心理負擔，以避 免半路拋錨。 電動汽車的動力電池多采用串聯(lián)方式連接，在充放電的過程中，以串聯(lián)方式供電的 電池的運行工況要比單電池供電的情況復雜的多。這主要是由于電池組內(nèi)各單電池充放 的不一致性造成的。電池的不一致性會嚴重影響電動汽車的性能，因此對每個單電池運 行工況的監(jiān)測是十分重要的。 當電池出現(xiàn)過充或過放等異常情況時，電池專家診斷系統(tǒng)給出報警信號并對充電機 或用電設備給出控制信號，同時建立電池的歷史檔案，根據(jù)這些歷史檔案給出每個電池 的健康狀態(tài)及維護信息，起到電池保健醫(yī)生的作用。 綜上所述，電池管理是電動汽車的關鍵技術之一，能夠?qū)κＳ嚯娏亢凸β蕪姸冗M行 預測，并集智能充電和安全診斷等功能于一體的系統(tǒng)。 1 2 2 純電動汽車對電池管理系統(tǒng)的要求【1 2 】【1 3 】 純電動汽車電池管理系統(tǒng)具有智能性的特點，具備預測電池剩余電量、預測行駛里 程、故障診斷、短路保護、顯示報警及實時監(jiān)測電池運行狀態(tài)參數(shù)等功能，而且系統(tǒng)可 以根據(jù)運算及判斷結果對運行工況進行智能調(diào)節(jié)，具體介紹如下。 1 電池剩余電量估算：電池荷電狀態(tài)( s 僦eo fc h a 瑪e ，簡稱s o c ) 的估算，在電池管理 2 山東理工人學碩士學位論文第一章緒論 護；過放電報警系統(tǒng)；電量里程計算；地線絕緣失效檢測及保護。 2s m a r t g u a r d 系統(tǒng) s m a r t g u a r d 系統(tǒng)主要特點是在電池上裝有一分布式的管理裝置來測量電池的電壓 和溫度。該系統(tǒng)的主要功能是：過充電監(jiān)測與控制，電池歷史紀錄，提供最差供電電池 單元的信息。 3b a d i c 0 a c h 系統(tǒng) 該系統(tǒng)的主要特點是在每個電池單元上有一非線性電路來測量電壓，并將電池組各 個單元電壓通過條信號線傳輸給b a d i c o a c h 系統(tǒng)；最差的電池單元的剩余電量被 顯示；對最近2 4 個充放電周期的詳細數(shù)據(jù)進行存儲，根據(jù)該數(shù)據(jù)對電池工作狀況好壞 作出判斷，并快速查找電池基本信息和錯誤使用情況。 4b a 硎a n 系統(tǒng) b a t 剛a n 電池管理系統(tǒng)的最大特點是將所有的不同型號動力電池組的管理做成 一個系統(tǒng)，通過改變硬件的跳線和在軟件上增加選擇參數(shù)的辦法，來實現(xiàn)對不同型號電 池組的管理。 5b a t o p t 系統(tǒng) 該系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng)，有中心控制單元和各電池的監(jiān)控模塊構成。利用 t w o 晰r e 總線，監(jiān)控模塊向中心控制單元傳輸各個電池工作信息，中心控制單元收集信 息后進行優(yōu)化控制。 此外，日本、法國的汽車企業(yè)也研制了各自的電池能量管理系統(tǒng)，在這里就不再作 介紹。 電動汽車的快速發(fā)展為與其相關的電子技術發(fā)展提供了巨大的契機。電池電子技術 就是針對電池的復雜的電化學系統(tǒng)，依托于電力電子技術、單片機技術、智能控制與最 優(yōu)控制和電化學科學等相關學科而興起的新應用技術領域分支。電池電子技術的目標就 是將電池應用推向一個更高的階段，達到少維護、無人管理、高安全、智能化和無公 害，最大限度的優(yōu)化電池的使用和延長電池的壽命。 1 3 2 國內(nèi)的發(fā)展狀況【1 7 】【1 8 】【1 9 j 我國在十五期間設立電動汽車重大專門研究項目，經(jīng)過幾年的發(fā)展之后，在電池管 理系統(tǒng)m s ) 技術方面取得很大的突破，與國外水平也較為接近。在國家8 6 3 計劃 2 0 0 5 年第一批立項研究課題中，就分別有北京理工大學承擔的e q 7 2 0 0 h e v 混合動力 轎車用鎳氫動力電池組及管理模塊、湖南神舟公司承擔的e q 6 l1 0 艇v 混合動力城市公 交車用大功率鎳氫動力電池及其管理模塊、蘇州星恒電源有限公司承擔的燃料電池轎車 用高功率型鋰離子動力電池組及其管理系統(tǒng)、北京有色金屬總院承擔的解放牌混合動力 城市客車用鋰離子電池及管理模塊等課題。此外還有清華大學、同濟大學等承擔的多能 4 山東理_ 丁大學碩上學位論文第二章閥控式密封鉛酸蓄電池及e 在i 【i 動汽車一j ：的應用 第二章閥控式密封鉛酸電池及其在電動汽車上的應用 鉛酸蓄電池自1 8 5 9 年由法國人普蘭特( g a s t o np l a n t e ) 發(fā)明使用至今已有1 4 3 年的歷 史。1 9 5 7 年英國首先發(fā)明了再化合免維護汽車蓄電池，德國陽光公司發(fā)明了觸變性凝 膠工業(yè)用鉛電池，1 9 8 3 年美國g n b 公司發(fā)明并生產(chǎn)了i 型陰極吸收式密封鉛酸蓄電 池，1 9 8 5 年日本j a s a 公司開始生產(chǎn)m s e 系列大型陰極吸收式密封鉛酸蓄電池。隨 之各國都制訂出了相應產(chǎn)品質(zhì)量考核的技術標準。 上世紀8 0 年代起，國內(nèi)生產(chǎn)類似產(chǎn)品的企業(yè)大量發(fā)展，1 9 8 8 年深圳華達電源系統(tǒng) 有限公司首次引進了美國g n b 公司的技術，消化吸收后開始生產(chǎn)閥控式鉛酸蓄電池， 通過并聯(lián)組合最大容量可達1 2 9 6 0 a h 。2 0 世紀9 0 年代我國生產(chǎn)類似產(chǎn)品的廠家遍及全 國。 鉛酸蓄電池經(jīng)過百余年的發(fā)展與完善，成為世界上廣泛使用的一種化學電源，具有 電壓特性平穩(wěn)、使用壽命長、價格低廉、原材料豐富等優(yōu)點，而且原材料還可再生使 用。二十世紀后期，閥控式密封鉛酸蓄電池a l v er e g u l a t e dl e a da c i db a t t e 巧，簡寫為 v i u a ) 技術產(chǎn)品化為鉛酸電池進一步發(fā)展增添了活力。閥控式蓄電池具有體積小、白 放電小、免維護、可自由放置等優(yōu)點，目前已廣泛地用于電動汽車領域。本章首先介紹 電動車用蓄電池的相關概念，然后介紹閥控式鉛酸蓄電池的特點和在電動汽車上的應 用。 2 1 電動汽車用閥控式密封鉛酸蓄電池的基本概念 電池組、單電池和單體電池：單體電池是電池內(nèi)只有一對反應極板，電動勢為2 v 的蓄電池，是組成單個電池的基本單元；幾個單體電池封裝在一起組成單電池，簡稱電 池( b a 骶勸；由若干單電池串聯(lián)或并聯(lián)組成電池組( b a 妣r i e s ) 。 蓄電池容量：蓄電池在一定的放電條件下所能給出的電量容量稱為蓄電池的容量， 用符號c 表示。電池容量等于放電電流與放電時間的乘積，常用安培j 、時( a h ) 為單 位。電池的容量分為額定容量( 標稱容量) 、實際容量。根據(jù)電動道路車輛用鉛酸蓄電 池g b 廠r1 8 3 3 2 1 2 0 0 1 文中規(guī)定，鉛酸蓄電池額定容量是在2 5 環(huán)境溫度下，以3 小 時率電流放電時，應放出最低限度的電量( 單位：。在實際應用中一般采用電池荷電 狀態(tài)( s t a c eo f c l l a i l g e ，簡稱s o c ) 來描述電池剩余容量。s o c 定義為電池剩余容量與總 容量的百分比。 蓄電池放電率：放電速率簡稱放電率，常用倍率和時率表示。時率是以放電時間表 7 山東理工人學碩士學位論文第二章閥控式密封鉛酸蓄電池及其在電動汽車】：的應用 示的放電速率，即以某電流放電至規(guī)定終止電壓所經(jīng)歷的時間；倍率是指電池放電電流 的數(shù)值為額定容量的倍數(shù)，例電池容量為4 0 a h ，若放電電流表示為1 c a 時，則此時 放電電流實際為4 0 a 。 放電終止電壓：鉛蓄電池以一定的放電率在2 5 環(huán)境溫度下放電至能再反復充電 使用的最低電壓稱為放電終了電壓。大多數(shù)固定型電池規(guī)定終止電壓為1 8 v 。終止電 壓值隨放電速率而定。通常，為使電池安全運行，小電流放電時，終止電壓取值稍高， 大電流放電時，終止電壓取值稍低。 蓄電池的循環(huán)使用壽命：蓄電池失效前所允許的深放電次數(shù)。深放電一般是指蓄電 池完全放電到截止電壓。該指標是評價蓄電池質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標。 蓄電池的自放電：蓄電池在沒有負荷的條件下，由于電池內(nèi)存在雜質(zhì)，如正電性的 金屬離子和溶液中以及從正極板柵溶解的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)與活性物質(zhì)組成微電池，產(chǎn)生 負極金屬溶解和氫氣的析出等情況。有害雜質(zhì)的存在，使正極和負極活性物質(zhì)逐漸被消 耗，從而造成電池自身容量損失，這種現(xiàn)象叫做蓄電池自放電現(xiàn)象。蓄電池自放電使得 電池能量損失的速度成為自放電率，通常以月為計時單位。 蓄電池的能量密度：蓄電池組單位質(zhì)量或體積所能輸出的能量。通常質(zhì)量能量密度 定義為蓄電池的比能量，即單位質(zhì)量 g ) 所包含的的能量( w h ) ，用w 1 1 蠔表示；體積 能量密度定義為蓄電池能量密度，即每升( l ) 體積所包含的能量( w h ) ，用w h l 表示。 蓄電池的能量密度是評價電動汽車車用蓄電池性能好壞的重要指標，它影響到電動車整 車的質(zhì)量以及續(xù)駛里程。 能量效率：蓄電池作為電動汽車的能量儲能裝置，充電時把電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存 起來，在放電時再次轉(zhuǎn)化為電能釋放出來。在這個過程中，存在一定的能量損耗，通常 用能量效率( 刁) 來表示蓄電池的這種損耗。 刁2 魯 p ，刁 x 山東理工大學碩士學位論文第三章應用k al a h 算法估算電池荷電狀態(tài)及仿真 第三章應用虬虬a h 算法估算電池荷電狀態(tài)及仿真 電池剩余容量的多少一般用電池荷電狀態(tài)( s o c ) 來描述。電池荷電狀態(tài)是無量綱的 量，既可以反映電池剩余的電量，也可以反映電池消耗的電量。電池荷電狀態(tài)估算是電 池管理系統(tǒng)的核心部分，也是電池管理技術的難點之一。電動汽車蓄電池在使用過程中 表現(xiàn)為高度非線性，這使得準確估算電池荷電狀態(tài)具有很大難度【2 9 1 。本文采用 k a l m a n 濾波法與安時計量法的組合算法( 以下簡稱k a l a h 算法) 來精確估算電池的 荷電狀態(tài)，并通過m a t l a b s i m u l i n l 【仿真，驗證該方法的可行性及準確性。 3 1 影響閥控式密封鉛酸蓄電池s o c 的因素 影響電池容量的因素主要有負載電流、工作溫度、充放電循環(huán)次數(shù)、自放電和電 池老化等。 負載電流直接影響電池的放電終止電壓。在電池規(guī)定放電終止電壓內(nèi)，負載電流 越大，電池所能放出能量越小，電池荷電狀態(tài)下降速度越快。 電池容量受電池工作溫度影響較大。環(huán)境溫度在1 0 。c 4 5 。c 范圍內(nèi)，閥控式密封 鉛酸蓄電池眥a ) 放電容量隨溫度升高而增加，如閥控式密封鉛酸蓄電池在4 0 。c 下的 放電電量，比在2 5 。c 下放電的電量高l o 1 5 。這是因為溫度升高，極板活性物質(zhì) 的化學應逐步改善，因此放電時較高的電池溫度會使電池放出更多的電量。但充電時， 溫度過高會使得析出氧氣過多，反而會降低充電效果。圖3 1 表示電池溫度與電池放電 容量間的關系。 ，一。， 0 i o2 03 0 4 0 噩度f o c 圖3 1 電池溫度與電池放電容量間關系 由于電池電解液或極板內(nèi)存在雜質(zhì)，使正極和負極的活性物質(zhì)被損耗，造成電池容 量損失，這種現(xiàn)象稱為電池自放電現(xiàn)象。蓄電池存放環(huán)境溫度不同，存放時間長短不 1 2 山東理工人學碩士學位論文第三章應用k a l a h 算法估算電池付電狀態(tài)及仿真 同，發(fā)生自放電時容量損失也有差異，具體關系如圖3 2 所示。 飛 ? - 。、 兒i c 、_ 一 、 、 、 一一。、 、 、 、o 堅 、 。 。 、 o 芝 、l 、 6 加c 、 369 1 2 1 5 儲存時間( 月) 圖3 2 也a 電池自放電對電池容量的影響 3 2 電池荷電狀態(tài)估算方法概述【3 0 】【3 l 】【3 2 】【3 3 】 根據(jù)參考文獻【2 9 】及其它相關資料顯示，目前國內(nèi)外常用的荷電狀態(tài)估計的方法主 要有放電實驗法、安時( 圳計量法、開路電壓法、負載電壓法、電化學阻抗頻譜法、內(nèi) 阻法、線性模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡法和卡爾曼濾波法。以下就這幾種方法進行逐一簡單的介 紹。 i 放電實驗法 放電實驗法是最可靠的電池荷電狀態(tài)( s o c ) 估計方法，采用恒定電流進行連續(xù)放 電，放電電流與時間的乘積即為剩余電量。放電實驗法在實驗室中經(jīng)常使用，適用于所 有電池，但它也存在兩處顯著缺陷：第一花費時間長；第二要必須中斷蓄電池正在進行 的工作。 放電實驗法不適合行駛中的電動汽車，但可以用于電動汽車電池的檢修。 2 安時( a h ) 計量法 安時( a h ) 計量法是目前最常用的電池荷電狀態(tài)( s o c ) 估計方法。假設放電( 或充電) 起始狀態(tài)為。陽g ，那么當前狀態(tài)( 時刻) 的電池荷電狀態(tài)( s o c ) 表示如下。 s d g ：舳c o 一。彈 ( 3 1 ) fl f 式中，e 額定容量； ，電池電流； 卵充放電效率，不是常數(shù)。 安時計量法應用中也存在一些問題，具體細節(jié)將在第3 3 節(jié)中詳細闡述。 3 開路電壓法 電池的開路電壓在數(shù)值上接近電池電動勢。鉛酸電池電動勢是電解液濃度的函數(shù)， 電解液密度隨電池放電成比例降低，用開路電壓可估計蓄電池荷電狀態(tài)( s o c ) 。文獻 3 0 】 描述了鉛酸電池開路電壓、剩余容量和電解液密度的關系。鎳氫電池和鋰離子電池的開 13 卯 藥 0 山東理工人學碩士學位論文第三章應用k a l a h 算法估算電池荷i 乜狀態(tài)及仿真 增大，可用來估計電池的s o c ；鎳氫電池和鋰離子電池直流內(nèi)阻變化規(guī)律與鉛酸電池 不同，應用較少。直流內(nèi)阻的大小受計算時間段影響，若時間段短于1 0 m s 時，只有歐 姆內(nèi)阻能夠檢測到；若時間段較長，內(nèi)阻將變得復雜。準確測量電池單體內(nèi)阻比較困 難，這是直流內(nèi)阻法的缺點。內(nèi)阻法適用于放電后期電池s o c 的估計，可與安時計量 法組合使用。 7 線性模型法 線性模型法是基于電流、電壓、s o c 變化量和上一個時間點的s o c 值間的關系建 立的線性方程，方程具體表達式如式( 3 5 卜式( 3 6 ) 所示。 伽c = + 毛形+ 屯+ 也s d e l ( 3 5 ) 舳c f = 舳c i l + 叢d c i ( 3 - 6 ) 式中：舳e 當前時刻的s o c 值； 如e s o c 的變化量； k 、當前時刻的電壓與電流。 、毛、屯、屯利用參考數(shù)據(jù)，可通過最小二乘法，得到其值，無物理意 義。 上述模型適用于小電流放電且電池荷電狀態(tài)變化緩慢的情況，對測量誤差和錯誤的 初始條件有很高的魯棒性。線性模型理論可應用于各種類型和在不同老化階段的電池， 目前只查到在鉛酸電池上的應用，在其他電池上的適用性及變電流情況的估計效果需進 一步研究。 8 神經(jīng)網(wǎng)絡法 電池是高度非線性的系統(tǒng)，對其充放電過程很難建立準確的數(shù)學模型。神經(jīng)網(wǎng)絡具 有非線性的基本特性，并具有并行結構和學習能力，對于外部激勵，能給出相應的輸 出，所以能夠模擬電池的動態(tài)特性來估算電池荷電狀態(tài)。估計電池荷電狀態(tài)常采用三層 典型神經(jīng)網(wǎng)絡即：輸入層、中間層和輸出層。輸入、輸出層神經(jīng)元個數(shù)根據(jù)實際問題的 需要來確定，一般為線性函數(shù)，常用電壓、電流、累積放出電量、溫度、內(nèi)阻及環(huán)境溫 度等作為輸入變量；中間層神經(jīng)元個數(shù)取決于問題的復雜程度及分析精度。神經(jīng)網(wǎng)絡法 適用于各種電池，缺點是需要大量的參考數(shù)據(jù)進行訓練，估計誤差受訓練數(shù)據(jù)和訓練方 法的影響很大。 9 卡爾曼濾波法 利用卡爾曼濾波方法估算電池荷電狀態(tài)的研究是在近幾年才開始的，卡爾曼濾波的 一個顯著特點是，用狀態(tài)空間的概念來描述其數(shù)學公式?？柭鼮V波另一個新穎特點 是，他的解是遞歸計算的，而且可不加修改地應用于平穩(wěn)和非平穩(wěn)環(huán)境【3 4 】。 1 5 3 3k a l a h 法估算電池荷電狀態(tài)【3 5 】【3 6 】【3 7 】 前面對電池荷電狀態(tài)( s o c ) 的各估算方法作了簡要的介紹，相比較而言，安時法理 論簡單適用、算法穩(wěn)定，是目前電動汽車上使用較多的電池荷電狀態(tài)估算方法。如果單 一用安時法來估算電池荷電狀態(tài)，也存在一些問題。首先，安時法自身不能估計電池荷 電狀態(tài)初始值s d c 0 ；其次，溫度變化時，s o c 估計誤差較大( 主要由電池可用容量引 起) 。若考慮溫度變化時容量轉(zhuǎn)換系數(shù)，有足夠的估計起始狀態(tài)的數(shù)據(jù)，那么安時法是 一種簡單、可靠的電池荷電狀態(tài)估計方法。經(jīng)分析并參閱文獻【3 4 】、文獻【3 5 后，本文 采用k a l a h 算法，同時考慮了溫度及老化對電池可用容量的影響。應用k a l 4 a n 濾 波來估算電池荷電狀態(tài)初始值舳c n ，消除a h 法估算誤差。在k a l a h 算法基礎上，對 電池可用容量進行溫度、老化補償，從而使電池s o c 估算值更加準確。本節(jié)首先應用 安時法，建立電池數(shù)學模型。 3 3 1 安時法估算電池荷電狀態(tài)數(shù)學模型的建立【3 8 】【3 9 】m 【4 1 】【4 2 】 一般地，建立電動汽車能量存儲系統(tǒng)( 蓄電池) 數(shù)學模型的基礎是首先建立它的等效 電路圖，如文獻 3 8 】所應用的電路圖( 如圖3 3 所示) 。本文采用a h 法計算電動汽車運 行時電池的荷電狀態(tài)，而a h 法實際上是一種基于“黑箱 原理的計算方法，把電池看 作一個整體即“黑箱，“黑箱”與其外部進行能量交換。通過對進出“黑箱 的電 壓、電流與時間的函數(shù)關系以及溫度的影響，進行估算“黑箱內(nèi)部的能量的變化 【4 3 1 。由于只需要計量進出電池的電能，不必考慮電池這個“黑箱”內(nèi)部狀態(tài)的變化和 其因素的影響。所以a h 法較其它方法簡單易行，在電動汽車上是常用的計算方法。 u a 圖3 3 蓄電池等效電路圖 蓄電池的可用容量受放電電流、持續(xù)放電時間和溫度影響很大，即可用容量e 是 放電電流、放電時間f 和溫度r 的函數(shù)，當函數(shù)= 廠( f ) 為單調(diào)、非減函數(shù)時，計算可 用容量e 的表達式如下。 f 2 g ( ，印? ) = c ( f ，) 一n 講 ( 3 7 ) f l 1 6 山東強；干善蟊磊掣蓍不張髯薔銎蠹是籬丑毒i = 晦喜羹國鋈掘| 薹囊蠢囊簍萎差麓屏 鍪薹夔孓奏霪蓄蠹馴翼甏霎蘑霪績舊薹雨流寫溫度數(shù)澄墜薹輦嘲；薹副季型霎墓鋈 蓖厘鰣”堿囂墁蚜霹霧墊塌墼基墨幽鰳封，簍熏葡囊s ；蓁l i ；羽戟蜊黧豎需刪型：裁弧憝 霆薹罄螋霾需竺袋愕齲。 l釃 荔劉；冀薹! 一熏肇i 霧：v i 蓁鏨 i 蓁；l 垂l 基i萄 型g 蓁蠼趔j ： 囂嶄簍囂慧；瀝鯉謄塞雨羰霎暴磐簍塹霆；縫秀薹蓉jg 新鏨 黧；辮籀；群簍雨萎鉭堡羲霎瓣鷺塑籬翼毳蓄磊剿羹簧釜；籬些麗羹；薹蓬l ，霪翥； 囊蘭琶觜簍! 薹掣塵蘺黥鞭塑裝剽醐鬻翼! 蘸赫冀雷j 醐器籪到鏊罷鷲警夔纂薹羹； 主；羹| | 麥螂習捌耀海筆滋瑚毯洚讞嗶捅掰鏨羹l 霧i i ! i ；囊l ￥i ；i 5 ； 常蓁薹莖擘墅霖嬰i 薹霧蓁時砸輸蠢柏霸藹垣麗么霎薹；蜇勇囊露湮纛酆七乍辮醚惑。玲 熏霧蘑霜豎霸翼蓁蠢鏑冀叁穌一；羹| 蓍| l l 慧鄲糾劑俄翟麴鍪蓁攀菱蠡鏊二季& 囊嘉 登。韓鞠硭撼；霞甩薈蔡霎嘉；撬芳蓁麓鈴自篙鷯簍i 鐾薹霪耄翼蓁霆i | 冀鋈霪 爹莖墅薹蓁蠢餾履器娶曼麗副鞋垂酣i 。 l 曩|(zhì) 連i i i i 蠢i i 萄泓新硪糞型霎 羹抖 囊鱉荔囊竺 x 在式( 3 1 1 ) 兩邊同時乘以蓄電池在負載電流為乞時的端電壓均值e ，得 警= p 坳 c p ei 。1 、j 式中：c ( f 。乒電流藝厶時蓄電池輸出的電功率； c 。e 以額定電流加載時電池能夠輸出的額定電功率。 我們一般把這個比值叫做蓄電池功率的可利用系數(shù)叩。 堿力塒， 由式( 3 - 1 3 ) 可看出，當屯 刀，稱為預測； 若1 f 刀，在任意時刻電池放電時 d m a l l 預測電池荷電狀態(tài)初值。 電池模型描述了電池荷電狀態(tài)、電流、內(nèi)阻等因素與電池負載間的數(shù)學關系，常用 的簡單電池模型有s h e p h e r d 模型、u n n e w e l l r 曲e 1 1 s a l 模型和n e s t 模型【4 9 】。s h e p h e r d 模 型、u i m e m h e r 模型和n e s t 模型分別如式( 3 - 2 2 卜式( 3 - 2 4 ) 所示。 此：毛一r f 一碳 ( 3 2 2 ) 七 兒= 磊一尺& 一k ( 3 - 2 3 ) 兒= 磊一r t + k 2 l n k ) + 瑪l n ( 1 一) ( 3 2 4 ) 式中：兒電池端電壓； 尺電池內(nèi)阻； k 激化內(nèi)阻； 墨、墨、k 常數(shù)。 本文經(jīng)參閱文獻 3 5 】和文獻【4 4 】， 建立系統(tǒng)測量方程如下。 兒：毛一戤一彰一墨+ 如l n k ) + 丘l n ( 1 一杖) ( 3 2 5 ) 式中：幾用模型算得的負載電壓。 以分量僅有一個，是s o c ； t 負載電流； r 電池內(nèi)阻。 式( 3 2 5 ) 中其它向量為無物理意義的模型參數(shù)。經(jīng)離散化系統(tǒng)狀態(tài)方程并與式( 3 1 9 ) 聯(lián)立后可得到式( 3 2 6 ) 。 耳+ l ：稚一7 7 ( 3 2 6 ) 由式( 3 - 21 ) 和式( 3 - 2 5 ) 求得 2 0 二盛翟蘭三竺塋銎：蘭竺蘭蘭一 第三章應用k a l a h 算法估算電池荷電狀態(tài)及仿真 q = 警= 一局+ 一刊 。徹 由式( 3 - 2 0 ) 式( 3 2 6 ) 求得4 = 1 ，毋和見是由輸入量決定的多元矩陣。 本文針對電動汽車電池管理系統(tǒng)如c 0 的預測，采用k a l i i l a i l 濾波算法，具體算法 可由下面算式歸納計算。 x q 吣2s o c q = v a r k ) x k 瞳42x k i j k l n i k 厶tfc e 一。= 4 一l 丑小一。釷。+ q 兒一，= 蜀一r “一一局鋤一。+ 墨1 n 一。+ 巧1 n ( 1 一喲) k 濁4 1 “p 1 、 i _ 厶，= 一，口b 鋤一，口+ r ) - 1 啊t = + 厶一。帆一。一兒一。) r 嚏= q k 。c 3 d 七= l ，2 ， 式中：戶濾波誤差協(xié)方差矩陣； 三虢波增益矩陣； ，單位矩陣； 以七時刻電池的測量電壓： t 七時刻負載電流； 出采樣時間。 3 3 3 s o c 估算具體實施步驟 在電池管理系統(tǒng)中，先初始化e c u 。在時刻，。，用開路電壓法估算出，。時刻& k 的近似估計值。一般電池端電壓與電池荷電狀態(tài)為線性關系，以單體鉛酸蓄電池為例， 其線性函數(shù)關系如圖3 6 所示。 2 1 黔緲 d 動 9 四姍 加 鯽 鯽蜘 0 0 0 0 p p p p 山東理工大學碩士學位論文第三章應用k a l a h 算法估算電池荷電狀態(tài)及仿真 3 4 算法仿真及分析 計算機仿真技術是利用計算機對所研究對象的數(shù)學模型進行計算和分析，是代替以 往實物系統(tǒng)實驗、進行研究的新方法，是現(xiàn)代工程設計和產(chǎn)品開發(fā)的新型手段，具有很 大的優(yōu)越性。本文采用m a a b s m ，i n k 軟件對電池管理系統(tǒng)中電池荷電狀態(tài) ( s o c ) 估算算法進行建模、仿真和分析。 利用3 - 3 節(jié)建立的電池荷電狀態(tài)的數(shù)學模型，得到m a l r i 。a b s 訊i ，i n k 仿真模 型，如圖3 8 所示。在實際應用中，整車運行環(huán)境非常復雜，電動汽車的動力系統(tǒng)一 一蓄電池的工況也變得復雜多變。因此在仿真時，為降低仿真難度，僅考慮電池電流、 電壓及溫度的影響，把一些隨機干擾信號作理想化處理。 圖3 8s o c 算法m a l i 。a b s i i i l u l i n k 仿真框圖 初步設定仿真時，電池的環(huán)境溫度取電池1 5 。c 4 0 。c ，電池的額定容量為 1 2 0 a 血，電池額定電壓為1 2 v 。仿真時以幅值為2 0 a 的變電流( 如圖3 9 所示) 進行放電 仿真，設定放電時電池電壓為1 2 2 v 。仿真初始階段，由i ；瀏h a l l 濾波估算算法根據(jù)電 池電壓估算電池荷電狀態(tài)放電時的初值s o c o 。經(jīng)取樣估值計算后，再經(jīng)安時算法估算 蓄電池放電過程s o c 與工作時間的關系。s o c 仿真曲線如圖3 1 0 所示。 2 3 山東理工大學碩士學位論文第三章應用k al a h 算法估算電池荷電狀態(tài)及仿真 d i s c h a 叼ec u r 愴n t 啊m e 圖3 9 放電電流波形圖 圖3 1 0s o c 仿真曲線 經(jīng)過對電池荷電狀態(tài)( s o c ) 計算方法的仿真，證明了應用k a l a h 方法計算電池荷 電狀態(tài)( s o c ) 是可行的，能夠較為準確的計算出電池荷電狀態(tài)( s o c ) 的值。k a l a h 計 算法彌補了單純用安培時間法的計算缺陷。 2 4 山東理工大學碩上學位論文 第三章應用k a l a h 算法估算電池荷電狀態(tài)及仿真 3 5 本章小結 本章簡要地介紹了電池荷電狀態(tài)的影響因素及目前國內(nèi)外計算電池荷電狀態(tài)常用的 幾種基本方法。針對本文提出的一種復合電池荷電狀態(tài)( s o c ) 估算方法- l a i ，a h 估 算法，進行了詳細的仿真研究。 2 5 山東理工大學碩士學位論文第四章電池管理系統(tǒng)硬件電路的設計 4 1 綜述 第四章電池管理系統(tǒng)硬件電路的設計 電池組是電動汽車能源動力總成，對電池組內(nèi)發(fā)生的事件只能通過分析其內(nèi)部信 息來獲取，從這個角度而言希望硬件電路獲取的信息越詳細越好，但這樣會使系統(tǒng)成本 增加、系統(tǒng)復雜化。從另一角度，人們總希望電池管理系統(tǒng)硬件簡單且易操作，這樣既 可提高系統(tǒng)可靠性，也可降低成本。因此在電路設計時應根據(jù)具體情況加以權衡。本文 硬件電路的設計，主要是以已獲取的電池組電壓、電流和溫度信息數(shù)據(jù)為基礎進行的。 電池電壓信息采集，將兩塊單電池作為一組，進行電池電壓信息采集。 溫度信息采集，電池組溫度信息采集采用多點分布式測量，在每塊電池上選取適 當測量點，進行信息采集。 電池電流信息采集，在供電主回路中，應盡量靠近動力電池，選取恰當?shù)臏y量點 采集充、放電流。 對整個電池管理系統(tǒng)而言，硬件電路設計是其重要環(huán)節(jié)，其宗旨是實現(xiàn)對電動汽 車動力電池有效合理的管理，包括采集數(shù)據(jù)的準確性、系統(tǒng)的可靠性、系統(tǒng)通信的穩(wěn)定 性以及抗干擾性等，硬件結構如圖4 1 所示。在設計時，考慮到將來進行系統(tǒng)功能及 c a n 總線節(jié)點擴展，使系統(tǒng)功能進一步完備，因此在硬件設計上應盡量使管理系統(tǒng)結 構合理、具備可擴展功能。系統(tǒng)硬件電路由電池數(shù)據(jù)采集電路和e c u 控制器兩大部分 構成。數(shù)據(jù)采集p c b 板與e c u 控制器p c b 板間采用數(shù)據(jù)線連接。 i 電流采樣放大 模 溫度控制 數(shù) 轉(zhuǎn) 緊急斷電 換 l ， i 多路開剌 x c l 6 4 c s l c d 顯示屏 l 電雎米樣放大 雙c a n 模 系統(tǒng)間信息傳輸 l 溫度采樣塊 圖4 1 電池管理系統(tǒng)硬件結構 信號采集模塊的作用是監(jiān)測、采集蓄電池組中各電池單元狀態(tài)參數(shù)，該模塊的首要 任務是保證采集數(shù)據(jù)的準確性；e c u 單元通過信號采集模塊采集到的信號估算電池剩 2 6 山東理工人學碩士學位論文 第四章電池管理系統(tǒng)硬件電路的設計 余電量、判斷電池工作是否正常、環(huán)境溫度是否需要補償、各單電池放電( 或充電) 是否 均衡等：c a n 總線負責e c u 與電動汽車其他控制系統(tǒng)模塊進行通信，電池管理系統(tǒng)與 其它控制系統(tǒng)通信結構框圖如圖4 2 所示。 l 主控制系到 c a n 總線 )匕 l 電機控li 車身控ll 電池管ll 儀表顯l i 制系統(tǒng)ll 制系統(tǒng)il 理系統(tǒng)il 示系統(tǒng)i 4 2e c u 控制單元 圖4 2 電池管理系統(tǒng)與整車通信網(wǎng)結構圖 e c u 單元是電池管理系統(tǒng)的核心，是基于微控制器x c l 6 4 來實現(xiàn)其功能的。e c u 單元的具體功用是分析數(shù)據(jù)、進行s o c 運算、發(fā)送執(zhí)行命令以及與其他系統(tǒng)通信。 e c u 單元結構框圖如圖4 - 3 所示。模擬量輸入隔離是通過多路開關c d 4 5 0 1 及光柵 t p 5 2 1 來完成的。 單電池電壓 輸 入 隔 離 模擬量 x c l 6 4 c s 輸 出 隔 離 溫度控制輸出 緊急斷電信號輸出 c a n 總線 通信接口 圖4 3e c u 控制單元結構框圖 4 2 1x c l 6 4 c s 微控制器簡介 e c u 單元采用德國h l f i n e o n 公司生產(chǎn)的x c l 6 4 c s 微控制器【5 0 j 【5 1 】【5 2 】【5 3 1 ，該芯片采 2 7 壓一流一濺一鷦電一電一池一路組一組一電一短桃一桃一觶一姚 山東理工大學碩士學位論文第四章電池管理系統(tǒng)硬件電路的設計 用h 血1 e o n 最新的c 1 6 6 sv 2 內(nèi)核( 如圖4 4 所示) ，該內(nèi)核包括c p u 、程序管理單元 ( p m 、數(shù)據(jù)管理單元m 、中斷和p e c 控制器、外部總線控制器b c ) 和部分控制 單元( s c u ) ；另外，片上系統(tǒng)還具有以下特征： 1 多達2 k 的雙端口洲，供寄存器設置和系統(tǒng)堆棧使用，多達4 k 的由 d m u 控制的數(shù)據(jù)凡氣m ； 2 內(nèi)部指令存儲器m m ，由p m u 控制，包括一個程序存儲器接口p m i ，1 2 8 k b 的f l a s h ，2 k 的程序r a m 和8 k 的啟動r o m ： 3 智能片上外設： 4 自動的特殊外設( a d c ，雙c - ； 5 調(diào)試和仿真控制塊： 6 帶有2 個專用于s f r 和e s f r 空間，以及4 kx s f r 空間的單向數(shù)據(jù)總線的 1 6 位外設總線( p d + b u s ) ； 71 6 位片上系統(tǒng)總線( l x b u s ) ，帶有2 個雙向數(shù)據(jù)總線( 與眾所周知的x b u s 類 似) ，用于雙c a n 連接； 8 附加的內(nèi)核子系統(tǒng)總線：6 4 位流水線雙周期程序存儲器總線，1 6 位單周期雙端 口存儲器總線和1 6 位單周期數(shù)據(jù)存儲器總線。 圖4 4x c l 6 4 c s 結構框圖 微控制器系統(tǒng)電路原理圖如4 5 所示，主要包括時鐘電路、復位電路、接口電路與 硬件配置電路、數(shù)字及模擬電壓供電電路以及0 c d s 調(diào)試電路。 時鐘電路由晶體振蕩器y l 、諧振電容c l 、c 2 等元件組成，為了便于內(nèi)部時鐘鎖相 2 8 山東理工人學碩士學位論文 第四章電池管理系統(tǒng)硬件電路的設計 環(huán)電路( p l l ) 分頻與倍頻，晶體振蕩器選擇1 1 0 5 2 9 m h z 。 復位電路采用簡單的阻容復位，低有效，由r 2 、c 4 、d 2 組成。r 2 、c 4 組成的延時 電路，時間常數(shù)f 如式( 4 1 ) 所示。 f = r 2 c 4 = 2 0 k q 奉1 0 心= 2 0 0 m s ( 4 - 1 ) 這個延時電路能使微控制器有足夠的時間起振，進入正常的運行?？焖俣O管d 2 的作用是吸收電容在充放電的過程中產(chǎn)生的電壓波動，防止微控制器誤復位，保證系統(tǒng) 工作的可靠性。 接口電路是指與微控制器輸入輸出相連接的外部硬件電路，本文的接口電路的功能 主要是：a d 轉(zhuǎn)換器對電池組電壓模擬信號、負載電流模擬信號、單電池電壓模擬信號 及單電池溫度信號進行轉(zhuǎn)換。 根據(jù)h l f i n e o n 微控制器用戶手冊，要求p lh 4 引腳高電平，電阻i u 接+ 5 v 電壓，對該 引腳進行上拉。 i 幽n e o n 的x c l 6 4 c s 微控制器要求其內(nèi)核供電電壓為+ 2 5 v ，而其外設供電電壓為 + 5 v ，模擬與數(shù)字電壓在供電時需要使用電感、電容等元件進行隔離，具體的電路設計 將在4 2 3 節(jié)詳述。 圖4 5e c u 系統(tǒng)原理圖 2 9 山東理工大學碩士學位論文第四章電池管理系統(tǒng)硬件電路的設計 4 2 2 片上調(diào)試支持( o c d s ) 的電路設計【矧 x c l 6 4 c s 包括了一個創(chuàng)新的調(diào)試系統(tǒng)。這個調(diào)試系統(tǒng)通過調(diào)試接口引腳為直接控 制提供了非常便捷的片上調(diào)試系統(tǒng)支持( o c d s ) ，如圖4 6 所示。同時，通過基于“新 一代模擬仿真策略n e t ”的載波芯片的片上仿真器和追蹤接口，x c l 6 4 c s 的調(diào)試系 統(tǒng)可以支持高端的仿真設備。 7 圖4 6o c d s 調(diào)試系統(tǒng) 在x c l 6 4 產(chǎn)品系列中，片上調(diào)試支持系統(tǒng)在沒有使用載波芯片的情況下可以提供 全范圍的調(diào)試和仿真特性。它允許設置斷點，并且追蹤存儲器地址。o c d s 的典型應 用就是調(diào)試在x c l 6 4 客戶系統(tǒng)環(huán)境中運行的用戶軟件。o c d s 通過調(diào)試接口，受外部 調(diào)試設備的控制，包括獨立的j 1 a g 接口和停止接口。調(diào)試系統(tǒng)通過一組可被盱a g 接 口訪問的o c d s 寄存器來管理調(diào)試任務。除此之外，o c d s 系統(tǒng)還可以由c p u 控制， 如監(jiān)視程序等。o c d s 連同內(nèi)核通過一個插入接口和停止端口來執(zhí)行o c d s 產(chǎn)生的指 令。 4 2 3 電源供給部分的電路設計 e c u 單元及采集單元采用車載輔助蓄電池供電，輔助蓄電池電壓為1 2 v 直流，而 電池管理系統(tǒng)的元件供電電壓大都為+ 5 v ，并且x c l 6 4 c s 微控制器內(nèi)核要求供電電壓 為2 5 v ，故應作d c d c 變換。 通常所用的線性穩(wěn)壓器件輸入和輸出的電壓必須在一定的比率范圍內(nèi)，壓差過大 時會造成穩(wěn)壓器件過熱或者不穩(wěn)定，而且只能接受高于穩(wěn)壓值的電壓供給，其電壓差值 全部轉(zhuǎn)化為熱量，損耗較大。 開關電源通常采用p w m 調(diào)制方式，能承受較大的輸入電壓( 如圖4 7 所示為開關 穩(wěn)壓器件l m 2 5 7 5 5 0 ，輸出電壓為+ 5 v ) ，效率較高，小壓差輸入基本不用散熱片。但 3 0 山東理工大學碩上學位論文第四章電池管理系統(tǒng)硬件電路的設計 是開關器件本身的開關噪聲比較大，即紋波比線性電壓器件大，故本電路采用l 2 作互 感器，它能夠有效地濾掉由開關器件造成的紋波和由供電電源帶來的電壓波動，并有效 地消除共模噪聲，提高電源質(zhì)量。 在圖4 _ 7 供電電源原理圖中，7 8 m 0 5 是穩(wěn)壓芯片，確保供電電壓輸出為5 v 、 0 5 a 。m c l l1 7 2 5 是d c d c 轉(zhuǎn)換芯片，把5 v 電壓轉(zhuǎn)換為2 5 v ，為x c l 6 4 c s 微控制 器內(nèi)核提供供電電壓。 圖4 7 電源系統(tǒng)電路 4 2 4 微控制器x c l 6 4 的a d c 模塊的應用【5 5 】 系統(tǒng)的信號采集單元需要對所采集的模擬信號( 電流、電壓、溫度) 進行模數(shù)轉(zhuǎn)換 ( a d c ) 后，才能進入e c u ，進行數(shù)據(jù)分析。一般需用專用a d 芯片來實現(xiàn)a d c 變換。 但對于x c l 6 4 位控制器，芯片內(nèi)含有a d c 模塊，這樣不僅簡化了電路，而且使系統(tǒng) 的可靠性大大提高。 lx c l 6 4 的模數(shù)轉(zhuǎn)換的特點 x c l 6 4 提供了精度為1 0 位( 或8 位) a d 轉(zhuǎn)換器，具有1 4 路復用的模擬輸入通道 口5 口的復用功能) ，包括集成采樣和保持功能。它采用了逐次逼近技術。x c l 6 4 的 a d c 模塊集合了功能強大的控制邏輯和尖端的模擬技術以實現(xiàn)嵌入式控制應用日益增 長的需求。 a d c 模塊可以進行自動校正以適應溫度的變化和不同的處理。為了使a d c 模塊 與外部電路相適應，采樣時間和轉(zhuǎn)換時間是可編程的。采樣和轉(zhuǎn)換時間由與標準 x c l 6 4 a d c 兼容的寄存器a d c o n 中的專用位域來設置，或者由更高級的控制寄存器 a d c o n l 來設置，如圖4 - 8 和圖4 9 所示。 3 1 山東理工人學碩士學位論文第叫章電池管理系統(tǒng)硬件電路的設計 a d cc l r q a d c - e i r q 圖4 1 1x c l 6 鋤d c 模數(shù)轉(zhuǎn)換框圖 3a d c 通道選擇及提高精度的措施 在具體硬件實現(xiàn)及軟件編程中，我們采用兼容模式中的a d c 單通道連續(xù)轉(zhuǎn)換模式 來實現(xiàn)電池檢測數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。具體轉(zhuǎn)換模式及通道設置請參看圖4 - 8 圖4 1 0 。 x c l 6 4 的a d c 可生成1 0 位( r e s = 0 ) 或8 位( 】遼s = 1 ) 的轉(zhuǎn)換結果。在調(diào)試中，由于數(shù)據(jù) 采集的噪聲干擾比較大，為了提高的轉(zhuǎn)換準確性，在硬件方面，采取在采樣引腳加阻容 濾波電路，在軟件方面，可對信號進行多次采樣濾波處理。 4 3 檢測電路設計 4 3 1 電池電壓采樣的實現(xiàn)d 6 】 電池電壓采樣是對電動汽車電池組監(jiān)測的一項重要任務，是電池管理系統(tǒng)正確管理 的重要依據(jù)。電池組由1 0 塊1 2 vv a 單電池串聯(lián)組成。顯然，只測量一