電動汽車電池溫度控制

張 武 坤

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，河北 石家莊 050081)

?

電動汽車電池溫度控制

張 武 坤

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，河北 石家莊 050081)

使用單片機AT89C51、測溫傳感器DS18B20和液晶顯示器PDC401實現(xiàn)了電動汽車的電池溫度測量和顯示.用它監(jiān)控電池溫度，過溫報警并啟動降溫系統(tǒng)，可達到電池安全使用的目的.

電動汽車；電池；溫度控制；單片機

隨著時代的進步和發(fā)展，純電動汽車逐漸走進人們的生活中，而傳感器在電動汽車上的應(yīng)用則使其更加智能化.目前，一輛普通家用汽車上大約安裝有近百只傳感器，而豪華汽車上的傳感器則更多.在電動汽車中用到的傳感器主要包括檢測電池溫度的傳感器、監(jiān)測電機溫度的傳感器以及用于電池冷卻系統(tǒng)的溫度傳感器等.電池作為電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的唯一動力源，它的壽命、性能以及容量對純電動汽車至關(guān)重要.因此，如何對電池溫度進行可靠的監(jiān)控和調(diào)節(jié)，以防止電池出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，最大限度地延長其工作壽命，則是一項值得研究的課題.本文擬研究如何以數(shù)字溫度傳感器DS18B20建立控制系統(tǒng)來解決上述問題，并實現(xiàn)電池環(huán)境溫度的采集、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示.

1 總體設(shè)計方案

電動汽車電池溫度控制系統(tǒng)框圖見圖1.

本系統(tǒng)選擇的溫度傳感器要求集成度較高，抗干擾能力強，可以直接讀取被測溫度，電路簡單易于實現(xiàn)，能實時顯示電池的環(huán)境溫度，并可分別設(shè)定電動汽車報警極限值和溫度閾值，溫度超過閾值啟動降溫系統(tǒng).控制器選用單片機.單片機與溫度傳感器共同構(gòu)成模擬量采集系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換.用液晶顯示器實現(xiàn)溫度的數(shù)字化顯示.

圖1 電池溫度控制系統(tǒng)框圖

2 硬件電路設(shè)計

根據(jù)電路的總體設(shè)計要求，控制器采用單片機AT89C51.溫度傳感器采用DS18B20，其2引腳與單片機的P25口直接連接，用軟件實現(xiàn)串口功能.液晶顯示選用PDC401,用單片機P06和P07引腳仿二個SPI串行接口，驅(qū)動液晶顯示器.電池溫度控制系統(tǒng)電路如圖2所示.圖中S1-S3為設(shè)置按鍵，用于設(shè)置閾值.當(dāng)汽車電池環(huán)境溫度超過報警極限值時，P10引腳輸出報警信號；當(dāng)溫度超過上下限溫度時，啟動或者停止降溫系統(tǒng)，以達到控制溫度的目的.按鍵S為手動復(fù)位按鈕.

圖2 控制-顯示-報警原理

2.1 溫度傳感器DS18B20

DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器.它僅需要一個引腳進行通信，即DS18B20在與單片機連接時僅需一條線即可實現(xiàn)雙向通訊；電壓范圍為3.0 V～5.5 V，可通過數(shù)據(jù)線供電；靜態(tài)功耗小于3 μA；可編程的分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5 ℃,0.25 ℃,0.125 ℃和0.062 5 ℃，可實現(xiàn)高精度測溫；測溫范圍為-55 ℃～+125 ℃；設(shè)置DS18B20的內(nèi)部暫存寄存器，可定義報警溫度和上下限閾值.DS18B20體積很小，有三個引腳，2引腳DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端，1引腳GND為地，3引腳VDD為外接供電電源輸入端.

2.2 液晶顯示器

液晶顯示器采用南京國顯電子公司的PDC401.它為4位段式帶小數(shù)點數(shù)字液晶顯示器，工作電壓為4.5 V～5.5 V ，正顯示數(shù)字高度為14.0 mm.1腳為電源地VSS，2腳為串行移位脈沖CLK，3腳為串行數(shù)據(jù)輸入DI ，4腳為電源正極VDD.常用于儀器儀表中.

2.3 報警電路

圖2所示的蜂鳴器在被測溫度超出報警極限值時發(fā)出報警鳴叫聲，同時PDC401閃爍.S1，S2，S3按鍵可以分別調(diào)整上下限閾值.按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動復(fù)位，使用比較方便.在程序跑飛時，可以直接手動復(fù)位.

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)包括初始化程序、數(shù)據(jù)采集程序和顯示程序.程序流程如圖3所示.

初始化程序包括單片機AT89C51初始化和DS18B20初始化，溫度測量每1 s進行一次，即1 s進入中斷.

中斷程序包括數(shù)據(jù)采集、處理和顯示.

數(shù)據(jù)采集采用數(shù)字濾波方法，連續(xù)采樣30次，去掉5個最大值和5個最小值，剩下的20個采樣結(jié)果求平均值后作為結(jié)果數(shù)據(jù),與設(shè)定的溫度閾值比較.若超過上限閾值，啟動降溫系統(tǒng)，返回主程序；若低于下限閾值，關(guān)閉降溫系統(tǒng)，返回主程序；若溫度超過報警極限值，啟動報警.顯示軟件將這個溫度結(jié)果轉(zhuǎn)換成十進制，送PDC401顯示.

該系統(tǒng)電路簡單，適用范圍廣，測溫精確.

圖3 程序流程

[1]沙占友.數(shù)字化測量技術(shù)與應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2004：59-63.

[2]劉煥平，童一帆.單片機原理及應(yīng)用.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2013：117-137.

責(zé)任編輯：金 欣

The temperature controller of the batteries on electric vehicles

ZHANG Wu-kun

(Department of Electrics and Mechanics，Shijiazhuang Vocational Technology Institute，Shijiazhuang，Hebei 050081，China)

The temperature controller on electric vehicles uses AT89C51 single-chip microcomputer and temperature sensor DS18B20，for the PDC401 liquid display screen.It gives an alarm when the temperature limit exceeds，and the cooling system is initiated instantly for the safety of battery.

electric vehicle; battery; temperature controller; single-chip microcomputer

2015-10-20

張武坤(1968-)，女，河北石家莊人，石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授.

1009-4873(2015)04-0036-03

U469.72

A