電動汽車分布式能量管理系統軟件部分設計與研究

李文萱，馮巧紅，趙新華

（滁州職業技術學院機電工程系，安徽滁州239000）

電動汽車分布式能量管理系統軟件部分設計與研究

李文萱，馮巧紅，趙新華

（滁州職業技術學院機電工程系，安徽滁州239000）

能源危機與環境污染促進了新能源電動汽車產業的蓬勃發展，文章主要對電動汽車分布式能量管理系統中的測試模塊和監測和顯示模塊進行了研究設計.分析了分布式能量管理系統的程序、P89C669的PWM占空比計算和能量管理系統液晶模塊漢字顯示方法.

電動汽車；分布式；能量管理系統

19世紀80年代法國人古斯塔夫·特魯伊夫在汽車上首次運用了直流電機和充電電池，商業出租是電動汽車開始的應用，隨之進入一段繁榮時期.但由于電動汽車存在諸多缺點，比如電池充電時間比較長、續駛里程比較短、電池組價格比較貴、后期維護麻煩等都阻礙了電動汽車更長遠的發展，最終變得慢慢蕭條.電動汽車要想得到長足發展必需解決兩大關鍵部分，即能量存儲系統和動力驅動系統.

隨著人們生活的富足，汽車悄悄成為家庭中的一員，變得越來越普及.目前不管大中小城市燃油汽車數量每年都在飛速上漲，然而伴隨著燃油價格的居高不下、汽車尾氣對環境的污染和能源面臨枯竭等問題，大家一直在尋求替代品.世界各主要汽車生產商都在研發汽車中充電電池的應用，從而降低污染，提高空氣質量.隨著技術的進步，電動汽車迎來了又一個發展的春天，慢慢發展成熟被人們熟知，但依然存在其它問題有待解決.如續駛里程如何得到較大的提升，乘車的舒適性怎樣提高，駕駛者如何知道電池使用情況等.針對電動汽車能量管理系統軟件部分進行研究分析，主要包括測試模塊、監視和顯示模塊、P89LPC938的介紹、P89C669的PWM占空比計算、漢字字體顯示等.分布式能量管理系統見圖1，由若干測試模塊及監測和顯示模塊組成.

1 模塊設計

圖1 分布式電池管理裝置結構框圖

1.1 測試模塊設計

測試模塊見圖2，主要有單片機、溫度傳感器、電壓變換和PWM分流電路等構成.

測試模塊中采用Philips公司的微處理器P89LPC938作為MCU，管腳配置見圖3.LPC938提供幾個可由用戶選擇的振蕩器選項來產生CPU時鐘，有片內RC振蕩器、外部晶振的振蕩器、看門狗振蕩器［1-2］.外部晶振可選擇高、中、低頻晶振，頻率范圍為20 kHz到18 MHz.LPC938的片內RC振蕩器默認頻率為7.373 MHz.LPC938內置的看門狗定時器子系統可通過復位使系統從錯誤的代碼操作中恢復.當軟件沒能在定時器到達終端計數之前將其重裝而產生計數下溢時，看門狗定時器就會引起系統復位.LPC938同時支持片內上電復位，可通過配置Flash字節UCFG1實現振蕩器、復位方式和看門狗的配置，但必須在上電時定義，開始執行程序后便不可設置了.為降低成本，充分利用P89LPC938的片內資源，本次設計中通過在編程時配置寄存器UCFG1，選擇片內RC振蕩器產生系統工作時鐘，內部上電復位方式和看門狗有效.

圖2 測試模塊結構框圖

圖3 P89LPC938管腳配置

圖4 上位機維護程序界面

LPC938支持在電路編程（ICP）模式下，使用商業編程器進行編程和擦除功能，而無需將微控制器從系統中移出.ICP功能使用芯片的5個管腳（VDD，VSS，P0.5，P0.4和RST）.使用該特性時只需要一個小的USB口下載連接器將目標板和外部編程器相連.

P89LPC938擁有512字節的片內數據EEPROM，可用于保存配置參數.圖4為上位機維護程序界面，本次設計的測試模塊中具備模擬量檢測系數校準功能，將PC機串行口通過232/485轉換模塊與測試模塊通訊，召喚各測試單元測得的電壓和溫度，通過高精度儀器測量電池端電壓和溫度后，與測試模塊測得的數據進行校準，調整校準系數再通過異步通訊方式下發到LPC938，寫入其片內EEPROM，可克服器件分散性造成的誤差，進一步提高測量精度.

1.2 監測和顯示模塊設計

監測和顯示模塊主要有語音電路、液晶顯示、電流電壓采集電路、微處理器等組成（見圖5）［3］.監測與顯示模塊中采用包含96 k字節的Flash程序存儲器和2 k字節的RAM的Philips公司的微處理器P89C669作為MCU，其結構指令執行速度2倍于標準的80C51器件，內置2個增強型UART，是新51MX內核的Flash微控制器代表，符合監測與顯示模塊兩個異步通訊口的要求，其管腳配置見圖6.

圖5 監測和顯示模塊

圖6 P89C669管腳配置

2 分布式能量管理系統程序

分布式能量管理系統程序為：雙通道，連續采樣，奇數位4個寄存器保存溫度數據，偶數位4個寄存器保存電壓數據.因為只有兩個采樣值有8個寄存器，所以用4個采取同一個數據求平均，用以減小誤差.其它為10位的寄存器，但高字節、低字節一樣都是8位，有6位重疊位.設計采用高字節右移6位的方式來獲取完整信息.

程序如下：

而在顯示時有四位數字其中兩位是小數，所以在此Voltage=4=tp1*1 525/4 096，又因為在實際中電阻不可能很精確，所以設置了調整系數，當用萬用表測量電池實際電壓和顯示電壓有差別時便調節Coeffient_V的值，使得顯示值符合真實值，從而精確的顯示真實電壓.最終表達式寫成：

3 P89C669的PWM占空比計算

設定占空比為零，然后計算單體的平均電壓，主要依據電池節數和整組電壓.任何一節電池電壓高于平均電壓的2%，則該電池的PWM占空比增加，一定時間內再次測量如果還高，則繼續增加PWM占空比，如此反復直到單節電池的電壓低于平均電壓的102%為止.

4 能量管理系統液晶模塊漢字顯示方法

能量管理系統圖形液晶顯示器既要顯示漢字，還要顯示任意的圖形，以DG12864液晶模塊為例.漢字字形的輸出用點陣來表示，點是亮還是暗用高電平1和低電平0表示，1代表亮，0就是暗.如漢字的16×16的點陣，32個字節存放方式見圖7.

T6963C適應性強，指令功能豐富，使用時文本方式下可以將要顯示的漢字點陣32字節的數據分為左上、下和右上、下幾塊，每塊8個字節；若在圖形方式下是提取所需字模，漢字分左右兩塊分別16字節.圖8是“家”字點陣字模，要想顯示家字，必須把32字節依據圖左側的上下左右順序存入控制器中.

雖然字模無論是存儲還是提取方法很多，但局限于單片機的尋址空間和存儲容，主要分為3類：

（1）面對程序較小的，面對單片機沒有擴展存儲區的，將需顯示的漢字數據以常量數組的方式進行存儲存.如要顯示“滁州”：

再編制漢字顯示子函數Write Hz.函數Write Hz的參數x和y對應液晶屏幕的顯示位置，Wide為液晶屏每行字節數，不同型號的液晶值不同［4-6］.函數按照漢字數據的存放方式，依次將漢字的32字節寫入，調用相應函數就可以顯示“滁州”兩字.如：

Write Hz（0 ，4 ，0）；//滁

Write Hz（0 ，10 ，0x20）；//州

（2）在EPROM（或E2 PROM）內存放要顯示的漢字數據.不管是51單片機亦或者演變產物基本運用的是哈佛結構，這類單片機的程序和數據存儲器的尋址空間基本都是64 k，而且可以分別尋址.64 k對于兼有液晶顯示的單片機來說不是很大，上面說過漢字可以以常量數組的方式存入程序存儲器，因而存儲空間顯得不足.相比程序存儲器看，數據存儲器空間被占用很少，一般幾k，其余的部分可作為功能拓展用［7-8］.

（3）通過識別漢字不同的機內碼調用漢字.原來每個漢字都有自己獨特的東西，那就是機內碼.字庫中漢字的排列也是有規則的，并不是任意排列.每個漢字有獨一的區號以及在該區的位號，94個漢字作為一區，這種排列方法稱為區位排列法.漢字字模都存放在系統內，要顯示某個漢字，只需知道該漢字的區位號，就能夠得到它在字庫的偏移地址.

圖7 16×16的點陣的存放方式

圖8 “家”字的16×16點陣字模

5 結語

蓄電池壽命短是阻礙電動汽車發展的一個及其重要因素，眼下正處于瓶頸階段，加上電池后期維護維修價格較高，也阻礙了其在其它領域的發展.汽車的舒適性越來越被人們看重，本文從軟件方面探討了電池分布式能量管理系統主要由若干測試模塊和一臺監測和顯示模塊組成，每節電池配備一臺測試模塊，解決了電池單體電壓和溫度的實時精確采集問題.后期還應在系統中加入液晶屏、人機交互等多元化的設計，逐漸取代簡易的儀表，推動其向家用方向發展.

［1］劉豐，盧啟柱，鄭繩楦.大容量鉛蓄電池充放電監視儀的研制[J].儀表技術與傳感器，2003，12（8）：13-14，17.

［2］賈運紅.TMS320F2812與液晶顯示控制器T6963C的接口設計與軟件實現[A].煤礦自動化與信息化-第20屆全國煤礦自動化與信息化學術會議暨第2屆中國煤礦信息化與自動化高層論壇論文集[C].2010.

［3］李文萱.電動汽車分布式能量管理系統的硬件設計[J].蚌埠學院學報，2014，3（5）：1-4.

［4］李佳旭，丁鵬飛.基于 ISD1760 的智能語音計費顯示系統設計[J].電子元器件應用，2010，12（6）：20-21，23.

［5］賀興，艾芊.電動汽車能量管理系統的研究與開發[J].電壓電器，2011，28（14）：21-25.

［6］齊榮懷，胡貴池.基于P89LPC9408處理器的風/光互補電站數據監測系統的研究[J].自動化與儀器儀表，2009，20（5）：99-101，112.

［7］郭強.液晶顯示應用技術[M].北京：電子工業出版社，2005：2.

［8］陳飛，黃學武，鄭華耀，等.液晶顯示器的漢字顯示新方法[J].船電技術，2007，35（2）：119-122.

Exploration of the Cultivation of Applied Talents of Excellent Electrical Skills

LI Wen-xuan,FENG Qiao-hong,ZHAO Xin-hua
（Department of Mechanical and Electrical Engineering,Chuzhou Vocational And Technical College,Chuzhou 239000,Anhui,China）

As energy crisis and environmental pollution prompt the vigorous development of electric vehicle industry in the new energy,this paper studies and designs the test module and the monitoring system of electric vehicle energy management in a distributed and display module,analyzing the program of distributed energy management system,the PWM duty cycle calculation of P89C669 and the Chinese character display method of LCD module of energy management system.

Electric vehicle；distributed；energy management system

TM912；U469.72

A

1007-5348（2017）09-0046-05

2017-04-27

安徽省質量工程項目（2016tszy061）.

李文萱（1982-），男，安徽天長人，滁州職業技術學院機電工程系講師，碩士；研究方向：電力系統及其自動化.

（責任編輯：歐 愷）