车载蓄电池智能放电管理系统设计本科毕业论文(设计)(编辑修改稿)

车载蓄电池智能放电管理系统设计本科毕业论文(设计)(编辑修改稿)内容摘要：

关键 所在 ， 因此 设计 测量 电路适当 与否 对整个 设计的 系统至关重要。 由于 P87C591 嵌入式 A/D转换器能够工作在 5V 参考电压下，所以使用的电流和电压测 量电路如图 所示。 该电路不仅可确保当前采样的电压电流检测电路数值可随着电池的端电皖西学院本科毕业论文（设计） 第 7 页 压的变化相对应的实时变化，还可以使数据更准确和可靠。 R 1 822 kR 1 910 kR 2 02kR 2 1 10 kR 2 210 kR 2 322 0 k321411U 2 :ALM 32 4567411U 2 :BLM 32 4B a t t e r y V inV V inA NI1 A NI0P 0 .0P 0 .1 图 电流电压 检测 电路 温度 检测 模块设计 温度的测量对于电动车蓄电池管理系统来说无疑是很重要的一个环节，通 过单节电池温度的变化，反映了蓄电池的状态，若温度过高，则应该停止电池的放电工作，来保护电池不受损害。 本设计采用美国 Dallas 公司 制造 的 DS18B20 数字单总线智能温度传感器， 物理量 温度直接转换成数字信号， 并通过 总线 方式 传输 传送到控制器进行 处理 数据。 该器件的主要特点为：独特的单线接口，只需一个接口引脚即可通信； 可用数据线供电； 不需要外部元件；不需要备份电源； 非易失性的， 用户可定义的 报 警 温度装置。 DS18B20 对实测的温度提供了 10位的数据和 温度 报警寄存器，测温范围为 60~+140℃，其在 15~+90℃的范围内测量精度为 177。 1℃。 此传感器可适用于各种 环境 、各种 领域 的 系统控制 及 测量自动化 ，具有微型化、 低 功耗、 高性能、 强 抗干扰能力、 微处理器 宜配等优点。 DS18B20 测温原理如图 所示。 图中 由于 受很小温度影响 产生 振荡频率的 低温度系数晶振 ， 因此用 计数器 1 接收 固定频率 产生 的脉冲信号。 有显著的 温度变化 的 高温度系数晶振其振荡率 也有很大幅度的变化 ， 计数器 2 用作接收 其 所产生的 脉冲输入的 信号。 计数器 1 和温度寄存器 被 置放 在 一个基数值 所对应的 55℃ 温度下。 对低温度系数晶振产生的脉冲信号 计数器 1用 减法计数 进行 处理 ，当计数器 1 的预置值减到 0 时， 使得温度寄存器的值 加 1， 重新 装入 计数器 1 的预置，对低温度系数晶振产生的脉冲信号 计数器 1 进行 开始 重新 计数， 依次进行 循环 下去 直到 计到 0 数 值出现在 计数器 2 时， 温度寄存器 停止 其 值的 加 累， 这 时 所测温度 的数值 即为 温度寄存器中 的值。 在 图 的 测温过程中 产生在 修正和补偿 的 非线性 用 斜率累加器 处理 ，计数器 1的预置值 用于其输出修正。 皖西学院本科毕业论文（设计） 第 8 页 低 温 度 系 数 晶 振斜 率 累 加 器高 温 度 系 数 晶 振计 数 器 1预 置预 置= 0计 数 器 2温 度 寄 存 器比 较= 0加 1L S B 置 位 / 清 除停 止 图 DS18B20 测温原理 图 如图 所示 是 测温电路设计。 本次设计 系统采用 具有 热传导 性能 的粘合剂将 DS18B20器件在蓄电池 的 表面上 粘附 ， 蓄电池 表面温度 与 其 管心温度 之差大 概 在 ℃ 左右。 当被测量的蓄电池温度 与 周围 环境温度 不同时，应将 引线和 器件的背面 隔离 周围 空气。 通向管芯的最重要的热量路径 是接地引脚 ， 我们 一定要 确保 被测温的蓄电池 和 接地引脚 也 有良好的热接触。 2 7 .0DQ2V C C3G N D1U7D S 1 8 B 2 0R71 0 k+ 5 VP 3 .2 图 测温电路图 可控放电模块 设计 本系统主要是针对电动车蓄电池组进行管理，使续航里程和寿命周期最大化。 为此，选择了基于 IGBT 的智能功率模块 IPM 进行智能放电管理。 IPM 能根据控制电路发出的指令，实现对车载电池的智能放电，且有自动断电 保护 的功能。 IPM 智能功率模块特点 IPM 是先进的混合集成功率器件， 由 低功率、 高速的 IGBT（ 绝缘栅双极型晶体管 ） 芯片和优选的门级 驱动及保护电路构成 ,因此具有 集成度高、 开关速度快、 体积小 、 功耗低的特点。 IPM 内置的驱动和保护电路使系统硬件简单、 可靠 ,使得 开发 系统 的 时间 大大的 缩短了 ,自保皖西学院本科毕业论文（设计） 第 9 页 护 的 性能在 故障下 也 得到了很大的提高。 每个 IGBT 模块的最佳驱动条件都设计在了驱动电路之内。 与普通 IGBT 模块相比 ,IPM 进一步 改进了 IGBT 的 可靠性及 系统性能方面。 IPM 内部框图 功能 如图 所示 ,IPM 内部包含四种 保护电路 能够提供的保护有 : 过流保护 OC、 过热保护OH、欠压保护 UV 和 短路保护 SC。 由于 采用 有 电流传感功能 的 IGBT 芯片，能连续监测功率器件的电流，从而实现 快 速的短路保护和过流保护。 也正是由于 IPM 的这些 性能 及 结构 特点，进一步 使 系统的可靠性 提高 了。 当任一 故障出现 在保护电路中 时，内部电路会封锁驱动信号并向外 传送 故障信号 Fo，以便外部的控制单元及时 进行处理 故障信号，避免功率器件 进一步受到损坏。 D2R 2 41 0 kQ2+_驱动输入 驱动电路温度传感器电源故障输出OCSCUVOH=1Fo 图 IPM 的内部功能框图 IPM 电路设计 IPM 电路 内部 主要 提供了 驱动电路部分 以及保护电路部分。 （ 1） 驱动电路 所述驱动电路为 控制 电路和 主 电路的 IPM 之间的接口， 设计 驱动电路上优良 的 系统 对 可靠性、 运行效率和安全性都有 巨大 作用。 以 一种 R 型的 IPM 即 PM75RSE120 为例 , 工作在1200V/75A条件以下 , 装置 内部 包 装了 7 个 IGBT,最大 功率 开 关 的频率为 20kHz。 IPM 内置 电路 驱动和 IGBT电路 驱动设计 作 比 ,电路 驱动 外围 的设计比较 简单 ,IPM电路 的 光耦接口 设计电路和 电源 驱动 是其 重点的设计 所在。 IPM 对 电压输出的 驱动电路 有 严格 要求 , 内容 如下 : 皖西学院本科毕业论文（设计） 第 10 页 ① 电压 驱动 以 V15%)101(  为 范围 ,高 电压 可能 将 导致 内部部件 损坏 ,低于 电压欠压保护将 启动 ； ② IPM 反向 极间 压 耐值 最多是 驱动 绝缘电压 电源的 1/2倍 ； ③ 驱动电流 要拿 器件给出的 要求电流 驱动 作 参考 ,根据 频率 开关 进一步 实际 修正 ； ④ 隔离 彼此之间的 驱动电压 ,来 使 地 线噪声 的 干扰 减少 ； ⑤ 输出端 驱动电流 不可以 有 过 大 滤波电容 ,由于 当 产生 超过 100pF 寄生电容 时 ,会产生 干扰 噪声 将 有 可能 使 内部驱动电路 误触发。 必 须采用光耦 作为 IPM 接口电路 ,应尽量 缩 短 引脚IPM 和输出脚光耦 之间的走线 ,最好 采用高速光耦 ，因为其 具有共模抑制比高。 因为 较 大的dtu/d 常加 初、次级间 ,因此 为避免增加 耦合电容布线不 能 太靠近 初、次级。 高速光耦的 要求 规格为 nsKVKK C M LC M H /15 或 nsKV/10 () mstt PLHPHL  , %15CTR （ ） 其中 , CMHK 为 保持高时 输出 光耦所能承 载 的共模电压 最大 上升率 ； CMLK 为 保持低时 输出光耦所能承受的共模电压 最大 下降率 ； PHLt 为 下降沿 光耦延时 ； PLHt 为 延时 光耦上升沿 ； CTR为 传输比 光耦电流。 图 所示为一种 用途较多 的可 信 性 高 的 智能功率器件 外部驱动 电路。 光电耦合器的输入用 10μ F 和 F滤波电容器 C1， C2来保持 稳定的电压 控制和 稳定的阻抗 线路的校正。 输入的控制信号 CCV 端子和输入端应连接到 20k 的上拉电阻 R，上桥臂控制 路用 15V直流电源分别提供电源，然而下桥臂用一路电源共享的方式来驱动。 图 IPM 外部光耦驱动 电路 图 （ 2） 保 护电路部分 ① 欠压保护 由 15V 电源 直流 供电 内部 IPM 控制电路。 如果 出现 某种原因，在电源电压下降到低于指定的电压动作值（ UV ），将关闭电源的移动设备和产生一个故障输出信号。 小于指定 ouvT 的皖西学院本科毕业论文（设计） 第 11 页 小毛刺并不影响工作的控制电路，将不工作 去保护欠压电路。 故障 之后， 正常 恢复运行， 欠压复位值 （ rUV ） 一定要低于 电源电压。 欠压保护在电路电源上电和掉电期间必须保持控制。 ② 过热保护 在绝缘基板上，温度传感器安装在靠近 IGBT 芯片上。 如果衬底温度超过过热值（ OT ），IPM 控制 内部电路关断，直到 正常 恢复 温度 ，从而功率器件 保护 的驱动器 栅极 不影响 输入信号 控制。 当温度下降到复位值（ OTR）之下，而且 输入 控制为高（关闭状态），电源 IPM 将接受一个低级别的 信号 输入（打开状态），并恢复运行 正常。 ③ 过流保护 当 电流 值 流过 IGBT 超出 动作 过流 的 数值（ OC ） 且 大于 )(OCofft 时 间 ， 将关断 IGBT。 OC 值在当前短脉冲时间小于 )(OCofft 是没有危险的， 电路 过电流保护将不会被处理。 当检测到过电流， 软关断 IGBT，故障信号 输出。 控制软关断在关断时产生的电流浪涌电压可以控制。 ④ 短路保护 如果负载短路引起的上下臂同时关断 IGBT， IPM 短路电路 内置保护。 如果电流流过 IGBT大于短路保护值（ SC ）， 必须立即启动 软关断，并输出一个故障信号。 为了缩短响应时间使用实时电流控制电路（ RTC）的 SC 检测和 SC 关断。 SC 动作时， 电路 实时 控制 电流，以直接检测 IGBT 的驱动电路的最后阶段，因此响应时间可以减少到不足的 100ns。 电量及状态输出 显示 和报警模块 电量及状态输出 显 示模块由液晶显示模块和简易键盘组成。 可以进行简单的参数设定，可以显示各单体蓄电池节点采集来的电压、电流和温度数据，同时根据这些数据向各节点发送放电控制命令，实时显示状态、温度等数据。 键盘 采用 4*4 矩阵式键盘， 数据显示采用7SEGMPX4CC四个共阴二极管显示器，其中 1234 是阴公共端。 键盘扫描电路的设计 键盘是人与单片机打交道的主要设备。 在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。 它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂，一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上有优势得多，因此它更适合于多按键电路。 键盘 的 矩阵式 描述：矩 阵键盘，也被称为行列键盘 ， 这是由 Ｎ条 I/O 线为行线，Ｎ条 I/O线为列线 形成 的键盘。 按键 在 列 线和 行 线的 各 个 相交 点上 提供。 所以，键盘。