基于單片機(jī)的車載超級(jí)電容測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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| 伴隨著科技的進(jìn)步，電動(dòng)汽車技術(shù)得到迅速的發(fā)展，相比內(nèi)燃機(jī)汽車，電動(dòng)汽車具有零排放、高性能效率、低噪聲、低熱輻射、易操縱和易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，將是未來(lái)汽車發(fā)展的方向，也是現(xiàn)行研究的熱點(diǎn)。 電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池有如下三類：燃料電池、蓄電池和超級(jí)電容。燃料電池、蓄電池和超級(jí)電容在能量密度和功率密度上有互補(bǔ)性[1]。單一使用蓄電池、繞料電池或者超級(jí)電容，難以用作電動(dòng)汽車的動(dòng)力源。混合電池是一比較理想的解決方法，采用混合電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，特別利用超級(jí)電容快速充放電能實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)能量回收，以及燃料電池超大能量密度支持汽車持久行駛，使得燃料電池/超級(jí)電容組成的混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成為電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)的最佳方案[2]。 對(duì)于車載用電源，為達(dá)到較高功率和能量，超級(jí)電容往往采用多塊單體串聯(lián)的形式，伴隨著電容串級(jí)的提升，電池整體電壓也隨之提高，對(duì)于車載電池，超級(jí)電容工作電壓常達(dá)到幾百伏，而這樣高峰值的電壓引起的波動(dòng)會(huì)帶來(lái)強(qiáng)烈的電磁干擾，為電容組件的檢測(cè)帶來(lái)很大的困難，同時(shí)由于串聯(lián)超級(jí)電容往往采用大電流充放電（通常在50A-150A之間），電壓、電流變化十分迅速，如中型客車用超級(jí)電容以150A電流放電時(shí)，端電壓會(huì)在1分鐘之內(nèi)由300V減到70V，而200V恒壓沖電時(shí)電流也會(huì)在幾分鐘內(nèi)由50A增大到150A左右，這樣迅速的充放電速度和幅度帶來(lái)的噪音影響也是十分巨大。 針對(duì)超級(jí)電容特殊的工作狀況，本論文給出一種超級(jí)電容電池檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)超級(jí)電容組件進(jìn)行充放電循環(huán)試驗(yàn)采集其電壓、電流參數(shù)、并與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對(duì)比，從而驗(yàn)證出本檢測(cè)系統(tǒng)能在強(qiáng)電壓電流變化情況下快速實(shí)現(xiàn)較高的檢測(cè)精度。 1 檢測(cè)系統(tǒng)原理及各模塊實(shí)現(xiàn) 1.1 檢測(cè)對(duì)象 測(cè)試用超級(jí)電容采用上海奧威科技開發(fā)有限公司提供的兩組串聯(lián)不對(duì)稱電極雙電層超級(jí)電容組件。 1.2 系統(tǒng)原理介紹 超級(jí)電容管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容工作電流和電壓的實(shí)時(shí)采集，超級(jí)電容管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，系統(tǒng)共由3個(gè)主要模塊組成：現(xiàn)場(chǎng)電壓、電流、采集與調(diào)理模塊（即采集模塊），信號(hào)隔離與MCU信號(hào)處理模塊（即中央處理模塊），電源管理模塊，采集模塊內(nèi)、霍爾電壓、霍爾電流傳感器分別為超級(jí)電容電壓和電流進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集，采集信號(hào)經(jīng)過(guò)儀用放大、然后轉(zhuǎn)化為4mA-20mA電流信號(hào)并發(fā)送到中央處理模塊，中央處理模塊內(nèi)，采集模塊發(fā)送的4mA-20mA電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)電流電壓變換后，再進(jìn)行隔離放大、AD轉(zhuǎn)換并送到MCU，MCU將數(shù)據(jù)處理后通過(guò)CAN接口傳送到上位機(jī)，當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)異常時(shí)MCU輸出故障信號(hào)，以便工作人員能及時(shí)采取措施，電源管理模塊為各功能模塊提供穩(wěn)定隔離的電壓，增加RS232通信串口，以便MCU程序燒錄。 
1.3 各主要模塊的實(shí)現(xiàn)
1.3.2 中央處理模塊實(shí)現(xiàn)
采集模塊輸入的4mA-20mA電流信號(hào)首先經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)二次調(diào)理單元，進(jìn)行信號(hào)的變送、隔離、濾波和放大。模 二次調(diào)理后的采集信號(hào)，經(jīng)過(guò)12位高速AD7891送至MCU，MCU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將數(shù)據(jù)通過(guò)CAN接口傳送到上位機(jī)，單片機(jī)選用STC系列8位高速單片機(jī)STC89C58RD+。該單片機(jī)具有強(qiáng)抗干擾性，4kV快速脈沖干擾（EFT）和高抗靜電（ESD），可通過(guò)6000V靜電，很好地滿足了超級(jí)電容高電壓大電流的工作環(huán)境，該單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)6時(shí)鐘模式，在本系統(tǒng)采用24M晶振情況下，單片機(jī)工作頻率可達(dá)到4MIPS，相當(dāng)于普通51系列單片機(jī)運(yùn)行速度的4倍。 另外，測(cè)試系統(tǒng)設(shè)置3通道故障診斷輸出，能顯示欠壓、過(guò)壓、過(guò)流等狀態(tài)，測(cè)試系統(tǒng)與上位機(jī)采用抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好的CAN通信方式，保證測(cè)試系統(tǒng)送入上位機(jī)數(shù)據(jù)的可靠性。 實(shí)際系統(tǒng)有模擬±15V，數(shù)字±5V，模擬±12V供電需求，電源管理模塊在提供系統(tǒng)各部分所需電壓的同時(shí)，進(jìn)行模擬、數(shù)字電路隔離，從而避免兩類電壓互相影響，各部分電源入口都增加了TVS保護(hù)，防止浪涌電壓對(duì)系統(tǒng)的損壞，同時(shí)在諸多電源入口處設(shè)置相應(yīng)的濾波電路，如在AD供電入口處增加了π形濾波電路，較好地消除電源信號(hào)對(duì)所供電路的干擾。
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本文給出一種車載超級(jí)電容測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用基于磁補(bǔ)償原理的霍爾閉環(huán)電流、電壓傳感器采集總線信號(hào)，以抗高壓脈沖干擾的STC51高速單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，并采用儀用放大、電流傳輸、模擬信號(hào)隔離、5階低通濾波等措施，盡可能地減少信號(hào)傳輸過(guò)程的噪音，通過(guò)對(duì)超級(jí)電容組件充放電測(cè)試，表明本系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，檢測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)，能很好的滿足車載超級(jí)電容高電壓大電流環(huán)境下的測(cè)試要求。
下載文檔大家好，我是鲏。認(rèn)識(shí)我的朋友都知道，我是一個(gè)實(shí)踐派，相比研究枯燥的理論知識(shí)，我更喜歡做自己想做的項(xiàng)目，用技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的想法的感覺真的很棒。所以從大學(xué)期間一直到現(xiàn)在，除了工作中的項(xiàng)目外，我依然保持著自己做項(xiàng)目的習(xí)慣，有堅(jiān)...
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