基于单片机的车载超级电容测试系统设计与实现

摘要:介绍了一种基于51系列单片机的车载超级电容测试系统。论述其工作原理和硬件结构，
针对本系统的高杭噪音高精度特性作详细设计。通过现场试验结果对比，得出该电池检刚设备具有
调节精度高、杭干扰能力强、性能稳定可靠等优点，适用于车载动力电池的检测。
    关键词:超级电容电池检测单片机
    伴随着科技的进步，电动汽车技术得到迅速的发
展。相比内燃机汽车，电动汽车具有零排放、高能量效
率、低噪声、低热辐射、易操纵和易维护等优点，将是未
来汽车发展的方向，也是现行研究的热点。
    电动汽车的动力电池有如下三类:燃料电池、蓄电
池和超级电容。燃料电池、蓄电池和超级电容在能量密
度和功率密度上有互补性「‘1。单一使用蓄电池、燃料电
池或者超级电容，难以用作电动汽车的动力源。混合电
池是一比较理想的解决办法。采用混合电池驱动系统，
特别利用超级电容快速充放电能实现汽车制动能量回
收，以及燃料电池超大能量密度支持汽车持久行驶，使
得燃料电池/超级电容组成的混合驱动系统成为电动车
驱动的最佳方案[r21
    对于车载用电源，为达到较高功率和能量，超级电
容往往采用多块单体串联的形式。伴随着电容串级的提
升，电池整体电压也随之提高;对于车载电池，超级电容
工作电压常达到几百伏，而这样高峰值的电压引起的
波动会带来强烈的电磁干扰，为电容组件的检测带来
很大的困难。同时由于串联超级电容往往采用大电流
充放电(通常在50A - 150A之间)，电压、电流变化十分迅
速。如中型客车用超级电容以150A电流放电时，端电压
会在1分钟之内由300V减到70V，而200V恒压冲电时
电流也会在几分钟内由50A增大到150A左右，这样迅速
的充放电速度和幅度带来的噪音影响也是十分巨大。
    针对超级电容特殊的工作状况，本论文给出一种超
级电容电池检测系统。通过对超级电容组件进行充放电
循环试验采集其电压、电流参数，并与标准参数对比，从
而验证出本检测系统能在强电压电流变化情况下快速
实现较高的检测精度。
1检测系统原理及各模块实现
1.1检测对象
    测试用超级电容采用上海奥威科技开发有限公司
提供的两组串联不对称电极双电层超级电容组件。
  ((电子技术应用》2006年第9期
1.2系统原理介绍
    超级电容管理系统可实现对超级电容工作电流和
电压的实时采集。超级电容管理系统整体结构框图如
图1所示。系统共由3个主要模块组成:现场电压、电
流、采集与调理模块(即采集模块)，信号隔离与MCU信
号处理模块(即中央处理模块)，电源管理模块。采集模
块内，霍尔电压、霍尔电流传感器分别对超级电容电压
和电流进行现场采集，采集信号经过仪用放大，然后转
化为4mA - 20mA电流信号并发送到中央处理模块。中
央处理模块内，采集模块发送的4mA - 20mA电流信号，
经过电流电压变换后，再进行隔离放大、AD转换并送
到MCU;MCU将数据处理后通过CAN接口传送到上位
机;当检测到数据异常时MCU输出故障信号，以便工
作人员能即时采取措施。电源管理模块为各功能模块
提供稳定隔离的电压。增加RS232通信串口，以便MCU
程序烧录。
CAN
接口
至现场
上位机
DC24V I电源管理
隔离放大
电压一电流
  转换
  STC89C58RD+
高速高抗干扰MCU
AD7891
高速A/D
隔离放大
电压一电流
  转换
故障诊断
  输出
RS232
现场
Honywell霍尔
  电压传感器
仪用放大
电流
变送器
超级电容
LEM霍尔
电流传感器
仪用放大
电流
变送器
              图1超级电容管理系统整体结构框图
1.3各主要模块的实现
    本测试系统分别采用四块电路板，以实现三大功能
模块—采集模块、中央处理模块和电源管理模块