基于單片機(jī)的車載超級(jí)電容測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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作者：王震,楊東超,伊強(qiáng)
時(shí)間：2007-01-18
來源：電子技術(shù)應(yīng)用
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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?；旌想姵厥且槐容^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)帶來強(qiáng)烈的電磁干擾，為電容組件的檢測帶來很大的困難，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)電容電池檢測系統(tǒng)，通過對(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)較高的檢測精度。
1 檢測系統(tǒng)原理及各模塊實(shí)現(xiàn)
1.1 檢測對(duì)象
測試用超級(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)場采集，采集信號(hào)經(jīng)過儀用放大、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CAN接口傳送到上位機(jī)，當(dāng)檢測到數(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。
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1.3 各主要模塊的實(shí)現(xiàn)
本測試系統(tǒng)分別采用四塊電路板，以實(shí)現(xiàn)三大功能模塊——采集模塊、中央處理模塊和電源管理模塊。即電壓采集與初調(diào)理板、中央處理板以及電源板，下邊著重介紹電壓、電流采集模塊和中央處理模塊的實(shí)現(xiàn)。
1.3.1 采集模塊的實(shí)現(xiàn)
采集模塊包括總線電流的采集、總線電壓的采集兩個(gè)部分，圖2即為電流采集原理圖，采用霍爾電流傳感器隔離被測系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的基于電阻采樣的電流分壓電路精度高，安全性能好，抗干擾能力強(qiáng)，本文選用Honywell公司的基于磁補(bǔ)償原理的霍爾閉環(huán)電流傳感器CSNK591，測量范圍
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