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基于MC9S12DT128B的電池數據采集系統設計

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年11月12日  

1前言


目前,電池在實際使用中普遍存在的問題是電荷量不足,一次充電行駛里程難以滿足實用要求。


另外,用可測得的電池參數對電池荷電狀態(SOC,State-Of-Charge)作出準確、可靠的估計,也一直是電動汽車和電池研究人員關注并投入大量精力的研究課題。因此有必要建立動力電池測試平臺,利用該平臺對電池相關參數進行全面、精確的測量,實現電池性能試驗,工況模擬和算法研究,確定最合理的充放電方式及更為精確的SOC估算方法,從而合理的分配和使用電池有限的能量,盡可能延長電池的使用壽命,進一步降低電動汽車的整車成本。與以往的電池測試系統相比,該測試平臺可全面監測電池相關參數,并加入充放電能量的計量,可從能量的角度對電池的性能進行描述,從能量狀態(SOE,State-Of-Energy)的角度對電池的使用效率進行分析。系統硬件電路具有電池過電壓、欠電壓保護及均衡功能,可對單體電池進行監視和保護,減小電池間的不一致性。在充放電設備與上位機之間建立通信,控制充電機按照編程指令改變控制策略和輸出電流,檢驗充放電電流大小、方式和環境條件對電池的電荷量及使用壽命的影響。


2測試平臺結構


測試平臺的結構如圖1所示,以單片機為核心的電池數據采集系統直接對電池組的單體電壓、總電壓、溫度、電流、充放電容量、充放電能量等信息進行精確測量,并通過RS232總線將數據發送到上位機。由微型計算機構成的上位機監控系統,實時顯示并記錄接收到的測試數據,對數據進行分析,監控測試系統工作狀態。另外可根據具體的實驗要求,控制充放電設備按照編程指令輸出電流,模擬電池在某些特定條件下的使用情況。充放電設備實現電池組的充放電,完成電池和電網之間能量的雙向流動,與監控pC機通過CAN通信,可接收監控pC機的編程控制指令。文中主要完成數據采集系統、上位機監控系統的設計并實現各部分之間的實時通訊。


圖1平臺結構圖


3系統硬件設計


數據采集系統硬件結構如圖2所示,主要包括以下幾個模塊:微控制器、電源模塊、電流及安時檢測模塊、瓦時檢測模塊、電壓檢測模塊以及通信接口電路。


圖2硬件結構圖


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,只需加入電平轉換電路即可實現與上位機之間的232通信。本設計使用數字溫度傳感器DS18B20來實現溫度檢測,它支持1-wire總線協議,可利用單片機的一個端口來讀取多個檢測點的數字化溫度信息,擴展方便。


電壓檢測采用bq76pL536芯片,它同時檢測3到6節電池,測量的單只電池的電壓范圍為1~5V。


該芯片由所測電池直接供電,供電電壓范圍為5.5~30V。為了保證芯片在所測電池少于3節時仍能正常工作,電路中外接9V的直流電源。在電池總電壓小于9V時,采用外部供電。該芯片具有電池過電壓,欠電壓保護功能,電壓閾值及檢測延遲時間這些保護參數可通過程序寫入。當某節電池的實際情況超過設定的安全閾值范圍時,芯片中電池故障寄存器相應字節置位,從而通知充電機動作,防止電池過充或過放。在芯片外圍,有MOS管與電阻構成的均衡電路,芯片的CBx管腳可以控制MOS管的導通與關斷,如圖3所示。通過軟件設置,當程序判斷出某節電池需要均衡時,該電池對應的CBx管腳被置位,這時與CBx相連接的MOS管導通,均衡電路啟動。


圖3均衡電路


CS5460A芯片能夠精確檢測和計算有功電能、瞬時功率、IRMS和VRMS,本系統用兩片CS5460分別檢測電流、安時和瓦時。其中一片CS5460采用分壓電阻檢測電壓,分流器檢測電流,通過軟件設置,它在每秒鐘內對電壓、電流信號采樣4000次,并計算出瞬時功率。通過4000次功率的累計,芯片可自行計算出這一秒鐘內的能量值,即??瓦時。另外一片CS5460將通過電壓測量通道測量恒壓源信號,電流測量通道測量分流器信號,這樣測得的數值為電流與時間的積分,即電池電量的計量單位??安時,可用于SOC的計算。摘要:隨著電動汽車產業的發展,電池需求數量急劇增長,對電池測試設備的需求也在同步增長。提出了一種電池組測試平臺,并著重介紹了數據采集系統與上位機監控系統的設計。以MC9S12DT128B微控制器為核心的電池數據采集系統,實時檢測電池的相關信息,并將數據發送至上位機,為電池狀態估算提供依據。上位機監控系統用VC++編寫,用于數據的讀取及存儲、參數設置、校準,同時可以控制充放電設備按照編程指令輸出電流,以滿足不同的實驗要求。經實驗驗證,本系統對電池信息進行實時檢測具有較高的精度,系統運行穩定、可靠。


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