導(dǎo)語：數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1數(shù)據(jù)采集總體方案設(shè)計(jì)

電池管理系統(tǒng)多通道高精度數(shù)據(jù)采集電路具體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。圖1中左側(cè)是電池組檢測的相關(guān)模擬量數(shù)據(jù)，包括12路單體電壓數(shù)據(jù)、充放電2路電流數(shù)據(jù)、電池組工作溫度及環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的物理量可能是電壓、電流、電阻，考慮到A/D轉(zhuǎn)換只能以電壓的形式實(shí)現(xiàn)模擬量的獲取，因此相應(yīng)的設(shè)計(jì)了信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)不同類型信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換；考慮到A/D轉(zhuǎn)化模擬量量程的需求，設(shè)計(jì)了不同的信號(hào)放大電路；為了防止超量程的模擬量對(duì)A/D器件造成的影響，設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的保護(hù)電路；為了防止干擾信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響，設(shè)計(jì)了濾波電路。16路電壓模擬量產(chǎn)生后，A/D器件在MCU的控制下逐次對(duì)16個(gè)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電池管理系統(tǒng)的SOC評(píng)估及其它管理工作。

2硬件電路設(shè)計(jì)

2.1動(dòng)力電池電壓信號(hào)檢測電路設(shè)計(jì)

動(dòng)力電池組是由眾多單體電池串聯(lián)而成。本設(shè)計(jì)中，選取12個(gè)單體電池串聯(lián)而成的動(dòng)力電池組，相應(yīng)的就有12個(gè)電壓模擬量信號(hào)。圖2所示為電壓采集電路設(shè)計(jì)。動(dòng)力電池組中，各個(gè)動(dòng)力電池串聯(lián)而成。在地參考點(diǎn)的作用下，各個(gè)電池正負(fù)極對(duì)地參考電壓近似比例增大，為實(shí)現(xiàn)輸出的是電池電壓，最有效的實(shí)現(xiàn)途徑是借助由運(yùn)算放大器“虛短”與“虛斷”原理構(gòu)成的減法電路。圖2中，由雙運(yùn)放運(yùn)算放大器LM358構(gòu)建2級(jí)網(wǎng)絡(luò)：第1級(jí)即為由R1~R4組建的差分放大電路形成減法電路，第2級(jí)構(gòu)成電壓跟隨器，起到緩沖及隔離的作用。LM358使用單5V電源供電。

2.2動(dòng)力電池雙向電流檢測電路設(shè)計(jì)

電池組在充放電過程中，由于只有一個(gè)充放電通道，理論上而言電流檢測通道只有一個(gè)。根據(jù)電路理論電流在其參考方向下存在正負(fù)之分，因此必須單獨(dú)設(shè)計(jì)充電電流、放電電流各自的檢測信號(hào)。圖3所示為集成的雙向電流檢測硬件電路設(shè)計(jì)。從電路中可以看出，該電路的設(shè)計(jì)非常類似于電氣中的互鎖電路。從采樣電阻中采集的電阻兩端電壓在電阻分壓網(wǎng)絡(luò)下，產(chǎn)生不同的電壓。結(jié)合運(yùn)放的差分放大功能，分別引入LM358運(yùn)算放大器的2組不同的運(yùn)放輸入端，由于引入同相輸入端和反相輸入端的電壓不同，使得2組運(yùn)放各自工作在線性工作區(qū)與非線性工作區(qū)中。當(dāng)電池組中有任意方向的電流時(shí)，均會(huì)產(chǎn)生一組運(yùn)放工作在線性放大區(qū)域產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)同時(shí)另外一組運(yùn)放工作在非線性區(qū)域而作為電子開關(guān)輸出供電電源的參考地電壓。在實(shí)際的電動(dòng)汽車中，通常選用100AH的動(dòng)力電池組為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力源，這樣，采樣電阻的選擇就有了依據(jù)。本設(shè)計(jì)中，選用0.05R/2W的采樣電阻多個(gè)并聯(lián)成0.01R的功率電阻作為充放電電流檢測元件。

2.3動(dòng)力電池組溫度檢測電路設(shè)計(jì)

溫度檢測保證電池組工作在可靠溫度范圍內(nèi)而不引起電池故障，是電池管理系統(tǒng)中必不可少的有效組成部分。溫度檢測傳感器選用PT100系列溫度傳感器。最新制造工藝出產(chǎn)的PT100體積小，精度高，比較適合應(yīng)用在電池管理系統(tǒng)溫度檢測單元中。本設(shè)計(jì)中，選用三線式橋式測溫電路，其最大優(yōu)點(diǎn)在于將地線單獨(dú)引出，參考電阻網(wǎng)絡(luò)的地線電阻可以與PT100的地線電阻匹配，減小電阻差異帶來的偏差問題，提高溫度測量精度。其設(shè)計(jì)原理同電壓采集電路基本相同。

3調(diào)試數(shù)據(jù)與分析

設(shè)計(jì)完畢后，對(duì)該套電池管理系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了制版調(diào)試。在解決了焊接遺留的硬件問題后，通過MCU的監(jiān)測獲取了大量數(shù)據(jù)。調(diào)試過程中某一時(shí)刻點(diǎn)的狀態(tài)量。從測試數(shù)據(jù)可以看出，無論是電壓、電流、還是溫度，其相對(duì)誤差都控制在1%以內(nèi)，特別是電壓檢測數(shù)據(jù)，精度更是達(dá)到了3‰，這樣的誤差在電池管理系統(tǒng)誤差允許范圍之內(nèi)，達(dá)到了電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集前端模塊硬件電路設(shè)計(jì)的目的。

4總結(jié)

設(shè)計(jì)了硬件檢測電路，配合性能優(yōu)良的A/D轉(zhuǎn)換器，在簡化電路設(shè)計(jì)的過程中同時(shí)滿足了電池管理系統(tǒng)對(duì)電壓、電流、溫度等各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)的要求。從實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)分析可以看出，該電池管理系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)與MCU中檢測轉(zhuǎn)換后的模擬量數(shù)據(jù)誤差小，不超過1%。結(jié)果表明：該電池管理系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)合理、精度高、穩(wěn)定性好，達(dá)到電池管理系統(tǒng)后續(xù)SOC評(píng)估的預(yù)期效果。本設(shè)計(jì)中的硬件電路模塊可以在較小調(diào)整下應(yīng)用到其它測控系統(tǒng)電路中，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

作者:魏海波 梅建偉 簡煒 單位:湖北汽車工業(yè)學(xué)院