动力电池组电压信号采集系统的研究与设计

摘要

随着倡导清洁能源的环保需求，电动汽车成为汽车行业发展的新方向。动力电池作为电动车的能源核心，对动力电池的管理技术已成为当前的研究热点。为了满足电动车动力电池的电压检测精度和速度要求，本文从动力电池组的原始电压信号入手，分析电压的信号以及干扰噪声的规律，同时采取有效的抗干扰技术和误差补偿技术，充分消除误差以达到0.05％的高精度要求。主要研究内容是围绕信号的高精度检测、信号处理技术进行新型检测系统的设计。
　　本文分析现有的电池组电压检测系统的设计方法，在现有设计方法的基础上，结合动力电池组在测试和使用阶段的需求，提出一种新型的高速度高精度的检测系统设计方案。并针对技术要求，在电池信号电压采集、整体硬件设计、核心算法设计以及通信协议设计四个方面进行重点研究。该检测系统可实现单通道1次/mS的高速采样，同时误差可保持在0.05％。经过测试和客户的实际使用表明，该系统具有电路简单可靠、对电池影响小、速度快精度高，抗干扰性好等优点。
　　本文第1章主要介绍本课题的研究背景及意义。第2章介绍了检测理论的相关基础知识;分析检测系统的特点并提出高精度检测系统设计方案。第3章阐明全新的系统设计方案，介绍了检测系统的各个环节（如采样电路、放大电路、信号调理电路、模/数转换电路等）元器件的选择，并设计相应的原理电路，完成硬件系统的设计。第4章分析了系统中硬件电路的静态误差。第5章介绍了系统的软件设计流程以及混合数字滤波算法的设计。第6章给出了检测系统的总结以及对后续工作的展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 本论文的研究内容

2 检测技术基础及检测系统设计

2．1 检测技术基础

2．1．1 检测系统的误差及性能

2．1．2 检测系统的构成

2．1．3 数据采集系统分析

2．2 检测系统设计方案的论证

2．2．1 现有电池电压检测方法

2．2．2 高速度高精度电池电压检测系统设计

3 硬件系统设计

3．1 系统设计的基本原则

3．2 检测系统精度设计

3．2．1 误差的分配

3．2．2 采样频率的选择

3．2．3 系统分辨率的设计

3．3 器件选择

3．3．1 运算放大器的选择

3．3．2 模拟滤波器选择

3．3．3 A／D转换器的选择

3．3．4 处理器的选择

3．3．5 抗干扰技术的应用

3．4 硬件电路设计

3．4．1 电压采集电路设计

3．4．2 AD转换电路

3．4．3 串口通信模块设计

3．4．4 CAN总线通信电路设计

3．4．5 以太网通讯模块

3．4．6 主控芯片电路设计

3．5 PCB设计

3．5．1 PCB设计的基本原则

3．5．2 本设计中的PCB设计

4 系统误差分析

4．1 电压检测电路误差分析

4．2 信号调理电路误差分析

小结

5 软件系统设计

5．1 主程序设计

5．2 数字滤波器设计

5．2．1 单片机系统中常用的数字滤波算法

5．2．2 混合算法滤波器设计程序

5．3 检测系统性能的改善

5．3．1 系统的非线性校正

小结

6 总结

6．1 总结

6．2 系统应用情况分析

6．3 今后的改进和努力方向

致谢

参考文献

附件