最新NTC温度传感器在电动汽车电池管理系统中的应用.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateNTC温度传感器在电动汽车电池管理系统中的应用NTC温度传感器在电动汽车电池管理系统中的应用NTC温度传感器在电动汽车电池管理系统中的应用摘 要：纯电动汽车蓄电池的温度是影响其电池剩余电量和使用寿命的重要因素之一为准确、可靠地测得动力蓄电池的各单体电池温度，采用爱晟EXSENSE公司的数字化 NTC温度传感器VTS103B3900对蓄电池的单体电池进行多点测温设计VT

2、S103B3900作为单总线器件，在一条数据线上可以挂接多个元件，大大节省了单片机的端口资源动力蓄电池作为纯电动汽车运行的唯一能量来源，是电动汽车的核心组成部分，在电动汽车上扮演着等同于燃油车辆中“发动机”的重要角色为了使蓄电池处在最佳的工作状态并且随时把握好电池的荷电状态，需要选用一种抗干扰能力强、测量精度高的NTC温度传感器器件进行电池单体温度的准确测量VTS103B3900是爱晟EXSENSE公司生产的单总线NTC温度传感器，其内部使用在板(ON-BOARD)专利技术，测量温度范围一55+125。C，可以程序设定为912位的分辨率，测温精度01C由于其采用单总线的数字传输方式，具有较强的

3、抗干扰能力，可以胜任恶劣环境的温度采集工作，因而满足电动汽车单体温度采集的需要考虑到电池管理系统对温度测量实时性和准确性的要求，在应用VTS103B3900进行电动汽车蓄电池单体温度采集系统设计时，需要考虑以下问题：(1)温度采集系统是整个电动汽车电池管理系统的一个重要组成部分，鉴于电池管理系统自身的复杂性，要尽量节省单片机端口资源的使用；(2)合理设计软硬件，保证系统工作的稳定性和可靠性；(3)要求系统可以识别单线总线上挂接的所有单总线器件，按照设计需要准确得到目标器件的温度值，并确保数据传感器数据被总线控制器接收的准确性1 温度采集系统的硬件设计VTS103B3900作为一种单总线器件，只

4、有3个管脚，具有非常简单的外部结构，因而对应的硬件电路连接也比较简单明了，其硬件示意图如图1所示GNDDQVDD引脚说明GND地DQ数字输入输出VDD可选的VDD图1 VTS103B3900硬件示意图11 供电方式选择VTS103B3900NTC温度传感器有寄生电源和外部电源两种供电方式，如图2所示 图2 供电方式电源方式(如图2中(a)图和(b)图所示)，VDD引脚做接地处理，VTS103B3900从单线信号线上汲取能量要想使VTS103B3900进行精确的温度转换，IO线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个VTS103B3900在温度转换期间工作电流达到lmA，当几个NTC温度传

5、感器挂在同一根IO线上进行多点测温时，只靠47kQ上拉电阻就无法提供足够的能量，造成无法转换温度或温度误差极大因此，图2(a)电路只适用于在单一NTC温度传感器测温情况下使用，并且工作电源VCC必须保证在5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大尽管图2(b)借助MOSFET进行强上拉供电，对寄生电源供电方式进行了改进，也适用于多点测温的应用场合，但要多占用一根端口线外部电源方式，顾名思义，即VDD引脚直接接人工作电源VDD的方式，此时不需要强上拉，也不存在电源电流不足的问题，能够保证转换精度，适于组成多点测温系统，如图2(c)所示本研究中电动汽车由12个单体铅酸蓄

6、电池提供能量，通过比较该传感器的两种供电方式，选用了外部电源方式这样，一方面可以解决供电电流不足和需要强上拉的问题，另一方面可以充分发挥VTS103B3900宽电源电压范围的优点，保证整个系统的稳定工作12 温度采集单总线与主控制器连接方式的确定单总线与控制器供电连接方式分为直接连接方式(如图2)和接口芯片方式两种，其中，接口芯片方式主要是为了解决在单总线器件较多的情况下微控制器驱动能力不足的问题一般认为，采用外部电源的供电方式时，单总线上可以挂接任意多个单总线NTC温度传感器，但这仅仅是理论上的结论实验表明，当单总线上挂接的VTS103B3900超过8个，就需要解决芯片的总线驱动问题，否则整

7、个系统将不能正常工作本设计中，共需要12个VTS103B3900来完成电动货车12个单体电池的温度采集工作，因此解决总线驱动问题是我们要做的工作之一l2如果使用DS1481或DS1482等接口芯片，需要占用主控制器的4个IO端口如前所述，在电池能量管理系统中，鉴于其本身功能的复杂性，应尽量少地占用芯片的o端口，且此种接口芯片方式控制也较为复杂，所以在实际应用中有一定的局限性图3为一种单总线的驱动电路3，该驱动电路在直接连接方式基础上增加了驱动和与门电路，比直接连接方式仅多占用一条IO 口，和接口芯片方式相比，减少了端口资源的利用，并具有相对简单的控制操作方式对于要在单总线上挂接12个单总线器件

8、的问题，显然可以选择上述单总线驱动电路，占用两条IO线，实现轻松挂接12个器件的目的但是出于在满足功能需要的前提下，尽量简化系统设计和降低成本的目的，我们摒弃了上面的两种驱动方式，而选择了一种最为简单的折中设计 两个单总线并联，即占用微控制器的两个IO 口连接单总线器件，每个单总线上挂接6个NTC温度传感器的方式，如图4所示显然，这样的配置方案既简单，又很好地解决了总线驱动能力不足的问题，并且尽量节省了芯片端口使用通过合理设计、优化程序可使得系统处在稳定可靠的工作状态实验表明，在采用外接电源供电方式的情况下，一条单总线线路完全可以解决12个单总线器件的驱动问题，但设计两条单总线连接线路，可以提

9、高系统运行的可靠性2 软件设计VTS103B3900需要较为复杂的软件程序做支持，由于采用单总线数据传输方式，VTS103B3900的数据输入输出均由同一单总线来完成因此，操作中必须严格遵守数据手册中所规定的读写时序对于纯电动汽车电池能量管理系统的温度采集部分，设计时提出如下要求：(1)系统上电后应能自动检测挂接在总线上的元器件数目，并能对故障元器件进行识别定位；(2)能实时监测12个单体电池温度值，能实现超限报警功能以及时采取降温措施；(3)保证温度读取的正确性，防范错误的非预期发生实际上，上面的3个功能要求转化到程序设计中，就是在能够完成基本的温度读取工作的前提下，充分利用好爱晟EXSEN

10、SE公司半导体公司单总线器件的搜索ROM(搜索算法采用的是二又树型结构 )功能并随时对采集的重要数据进行循环冗余码(CRC)验证软件设计的程序框图如图5所示在运行初始化程序之后，首先运行搜索ROM子程序通过该搜索过程，可以得到挂接在总线上的器件数目和其各自的64位唯一序列号若在搜索过程中总线无响应(搜索算法采用二叉树型结构)，则表明总线上没有器件挂接一般地，对于多个VTS103B3900NTC温度传感器组网系统，此种情况较少见，若在搜索整个网络时检测不到器件的存在，单总线和微控制器之间线路出问题的可能性最大，应首先对单总线和微控制器之间的线路采取相应的检修措施若搜索过程结束，发现总线上器件数目

11、不足12，则表明有器件损坏或脱离总线，此时进入检错子程序，找出问题元器件并修正需要说明的是，系统温度超限报警值选择由系统主机设置尽管VTS103B3900可进行告警命令搜索，即设置器件的高低温限值，然后搜索超限的元器件，但是这样的搜索命令往往要花费较长的时间，由于电动汽车电池管理系统本身就有实时监测12个单体电池温度的需要，因此通过在程序中添加判断语句的方式来完成告警搜索就显的更加快捷软件设计中，为保证采集温度的准确度，要求对所有采集到的温度值进行CRC验证，只有通过CRC验证的温度值才会被系统接收和采纳，进而进行下一步需要的温度值处理虽然CRC验证工作会加大程序执行的时间，但由于温度值具有不

12、能突变的特性，即温度采集的实时性要求稍差，这里CRC可能造成的延时也是完全可以接受的在软件设计时应注意以下几点：1)在进行软件设计时，要考虑如果有器件损坏，则有效器件的个数要进行相应处理，并可在温度显示时有选择地剔除2)对于“报警，处理温度超限子程序”，在报警处理数据前要先判断超限温度值是否是损坏器件的温度值，否则由于损坏器件仍然有读出温度值的可能，会存在误报可能性3 实验及实验结果应用Philips公司P87C591微控制芯片，根据系统软硬件设计方案搭建实际系统电路鉴于整车设计尚未完成，因此只对12路NTC温度传感器进行了模拟测温实验，并在1602液晶上进行显示，同时与现场温度计测量值进行比

13、较，系统运行结果见表1表1 12路温度测试对比 编号VTS103B3900 温度计 编号VTS103B3900 温度计1# 71 70 7# 298 3012# 80 81 8# 401 4003# 93 92 9# 508 5094# 110 108 10# 600 6005# 205 203 11# 706 7076# 251 249 12# 8O6 805由表1数据可知，该系统的传感器测量结果与直接测量结果基本吻合，能准确反映各路温度值本系统可实现VTS103B3900NTC温度传感器的全量程测温采用12位分辨率，对应可辨分辨温度为0062 5 ，能够满足精度要求，其读取温度值完全可以满

14、足电动汽车电池温度采集需要将上述软件设计思想通过编程语言实现后，系统不但能在上电时对NTC温度传感器数目进行准确辨识，而且可以在测量值超过温度限值时及时提供温度告警，并且鉴于图4双单总线的设计，即使在一条总线脱离控制器的情况下，系统依然能够提供基于6组测量数据的温度平均值，这为电动汽车的热管理提供了很好的保障4 结束语温度是电池管理系统延长电池使用寿命和进行准确sOC预测等工作的重要指标之一，应用VTS103B3900对温度采集系统进行合理的组网设计，可以较准确地测量得到蓄电池组各单体的温度值，并具有一定的抗干扰能力和可靠工作的能力，很好地满足了电池管理系统温度参数采集的需要沁园春雪北国风光，

15、 千里冰封， 万里雪飘。望长城内外，惟余莽莽；大河上下，顿失滔滔。山舞银蛇， 原驰蜡象， 欲与天公试比高。须晴日， 看红装素裹，分外妖娆。江山如此多娇， 引无数英雄竞折腰。惜秦皇汉武，略输文采；唐宗宋祖，稍逊风骚。一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射大雕。俱往矣，数风流人物， 还看今朝。 克 出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论

16、其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。 亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。臣不胜受恩感激。今当远离，临表涕零，不知所言。-