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

1數(shù)據(jù)采集總體方案設計

電池管理系統(tǒng)多通道高精度數(shù)據(jù)采集電路具體設計方案如圖1所示。圖1中左側是電池組檢測的相關模擬量數(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)對應的物理量可能是電壓、電流、電阻，考慮到A/D轉換只能以電壓的形式實現(xiàn)模擬量的獲取，因此相應的設計了信號轉換電路，實現(xiàn)不同類型信號的電壓轉換；考慮到A/D轉化模擬量量程的需求，設計了不同的信號放大電路；為了防止超量程的模擬量對A/D器件造成的影響，設計了對應的保護電路；為了防止干擾信號對數(shù)據(jù)準確性的影響，設計了濾波電路。16路電壓模擬量產(chǎn)生后，A/D器件在MCU的控制下逐次對16個通道數(shù)據(jù)進行A/D轉換，轉換后的數(shù)字量用于實現(xiàn)對電池管理系統(tǒng)的SOC評估及其它管理工作。

2硬件電路設計

2.1動力電池電壓信號檢測電路設計

動力電池組是由眾多單體電池串聯(lián)而成。本設計中，選取12個單體電池串聯(lián)而成的動力電池組，相應的就有12個電壓模擬量信號。圖2所示為電壓采集電路設計。動力電池組中，各個動力電池串聯(lián)而成。在地參考點的作用下，各個電池正負極對地參考電壓近似比例增大，為實現(xiàn)輸出的是電池電壓，最有效的實現(xiàn)途徑是借助由運算放大器“虛短”與“虛斷”原理構成的減法電路。圖2中，由雙運放運算放大器LM358構建2級網(wǎng)絡：第1級即為由R1~R4組建的差分放大電路形成減法電路，第2級構成電壓跟隨器，起到緩沖及隔離的作用。LM358使用單5V電源供電。

2.2動力電池雙向電流檢測電路設計

電池組在充放電過程中，由于只有一個充放電通道，理論上而言電流檢測通道只有一個。根據(jù)電路理論電流在其參考方向下存在正負之分，因此必須單獨設計充電電流、放電電流各自的檢測信號。圖3所示為集成的雙向電流檢測硬件電路設計。從電路中可以看出，該電路的設計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)絡下，產(chǎn)生不同的電壓。結合運放的差分放大功能，分別引入LM358運算放大器的2組不同的運放輸入端，由于引入同相輸入端和反相輸入端的電壓不同，使得2組運放各自工作在線性工作區(qū)與非線性工作區(qū)中。當電池組中有任意方向的電流時，均會產(chǎn)生一組運放工作在線性放大區(qū)域產(chǎn)生對應的模擬電壓信號同時另外一組運放工作在非線性區(qū)域而作為電子開關輸出供電電源的參考地電壓。在實際的電動汽車中，通常選用100AH的動力電池組為電動汽車提供動力源，這樣，采樣電阻的選擇就有了依據(jù)。本設計中，選用0.05R/2W的采樣電阻多個并聯(lián)成0.01R的功率電阻作為充放電電流檢測元件。

2.3動力電池組溫度檢測電路設計

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，比較適合應用在電池管理系統(tǒng)溫度檢測單元中。本設計中，選用三線式橋式測溫電路，其最大優(yōu)點在于將地線單獨引出，參考電阻網(wǎng)絡的地線電阻可以與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。其設計原理同電壓采集電路基本相同。

3調(diào)試數(shù)據(jù)與分析

設計完畢后，對該套電池管理系統(tǒng)的硬件電路進行了制版調(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)試過程中某一時刻點的狀態(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)，達到了電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集前端模塊硬件電路設計的目的。

4總結

設計了硬件檢測電路，配合性能優(yōu)良的A/D轉換器，在簡化電路設計的過程中同時滿足了電池管理系統(tǒng)對電壓、電流、溫度等各項檢測數(shù)據(jù)的要求。從實驗獲得的數(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中檢測轉換后的模擬量數(shù)據(jù)誤差小，不超過1%。結果表明：該電池管理系統(tǒng)的硬件電路設計合理、精度高、穩(wěn)定性好，達到電池管理系統(tǒng)后續(xù)SOC評估的預期效果。本設計中的硬件電路模塊可以在較小調(diào)整下應用到其它測控系統(tǒng)電路中，具有一定的實用價值。

作者:魏海波 梅建偉 簡煒 單位:湖北汽車工業(yè)學院