代仲

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，蓄電池產(chǎn)業(yè)獲得了巨大的市場機(jī)遇，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。對于同規(guī)格、同型號的蓄電池來說，由于制造工藝水平的限制和使用時(shí)管理方法不當(dāng)，蓄電池單體不一致問題是不可避免的；在電池組使用中，單體電池不一致問題對電池組性能造成了很大的影響，尤其是電動(dòng)車的電池組，一個(gè)單體電池壞了，整組電池要全部換掉，浪費(fèi)嚴(yán)重，報(bào)廢嚴(yán)重，污染嚴(yán)重。蓄電池組壽命較短的原因主要是電動(dòng)車啟動(dòng)時(shí)蓄電池要大電流放電，造成電池過放，蓄電池充電時(shí)沒及時(shí)斷開充電器造成蓄電池過充。所以對電動(dòng)車的蓄電池組進(jìn)行合理有效地管理是當(dāng)前急需解決的重要問題。

【關(guān)鍵詞】：電動(dòng)車；電池管理系統(tǒng)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、導(dǎo)言

對于電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)而言，電動(dòng)車能源供給系統(tǒng)是必不可少的子系統(tǒng)，一旦電動(dòng)車動(dòng)力電池電能消耗到某種程度，為了保持電動(dòng)車的循環(huán)使用，就必須為電動(dòng)車運(yùn)行提供能量補(bǔ)給，即利用充電系統(tǒng)對其動(dòng)力電池進(jìn)行電能補(bǔ)充。充（換）電站的電池管理控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)其智能化最重要環(huán)節(jié)，也是電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)化和推廣普及的關(guān)鍵條件，有益于電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

2、電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于電池使用的特殊性，其管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)相比，要求布局布線簡單，可傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)，穩(wěn)定性和可操作性要求更高。按照此要求，本文設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)采用以下技術(shù)：借助GPRS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使得現(xiàn)場監(jiān)控采集器件能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)遠(yuǎn)距離無丟失的傳輸，不增加傳輸布線，降低成本，提高系統(tǒng)使用的可行性；該系統(tǒng)采集模塊和處理系統(tǒng)之間采用C/S（客服端/服務(wù)器）系統(tǒng)架構(gòu)，具有較高穩(wěn)定性和較快的反應(yīng)速率，能夠?qū)Χ鄠€(gè)電池組數(shù)據(jù)同時(shí)管理，并保證采集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中；該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議和Socket通信技術(shù)，其安全性較高，保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和可靠；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與用戶之間采用B/S架構(gòu)，用戶可以方便地通過瀏覽器查詢和分析數(shù)據(jù)。

3、電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

根據(jù)電池使用情況，數(shù)據(jù)庫主要由以下幾個(gè)表組成：電池組串的不可變信息表。該信息表含有每個(gè)電池單體單元數(shù)、型號以及位置等信息。這些信息在每個(gè)實(shí)際存在的電池組中都是一一確定的，不可更改。若它們被改變了，就說明該電池被替換，則必須更新數(shù)據(jù)表。為此，需要記錄建表時(shí)間；電池組串的可變基本信息表。該信息表的數(shù)值主要用于報(bào)警門限設(shè)定，這些數(shù)值可進(jìn)行改變，表示的是歷史信息，用于電池出現(xiàn)故障或其他特殊情況下進(jìn)行查詢分析。所以當(dāng)這些數(shù)值改變，隨之應(yīng)建立一個(gè)新的信息表。對于電池組串，其可變基本信息包含：電池電壓上限報(bào)警（一般報(bào)警和緊急報(bào)警兩種門限）、電池電壓下限報(bào)警、電池內(nèi)阻上限報(bào)警、電池內(nèi)阻下限報(bào)警、電池溫度上限報(bào)警、電池溫度下限報(bào)警等信息；電池組串?dāng)?shù)據(jù)信息表。該信息表為電池組串?dāng)?shù)據(jù)表的核心部分。它主要記錄電池組串中各單體電池的電壓、內(nèi)阻、溫度等若干信息。

3.2控制算法設(shè)計(jì)

3.2.1充電終止判斷方法

由于電池充滿電后若不及時(shí)停止充電，不僅會(huì)浪費(fèi)電能源，還可能會(huì)對電池造成損害，不利于電池的維護(hù)，因此設(shè)計(jì)智能充電方案時(shí)必須考慮到該問題，使設(shè)計(jì)程序充滿電后對充電機(jī)進(jìn)行合理的控制，確保在充滿電后電池管理系統(tǒng)能夠?qū)Τ潆娮龀鲋噶钔Ｖ钩潆姟Ｓ秒妷弘娏髑€斜率法對充電是不是已經(jīng)停止來判斷。這個(gè)方法把電壓曲線率是某個(gè)值的時(shí)候認(rèn)為是終止。在如圖1所示中能夠知道電池在恒值電流的時(shí)候U增加的很快，中間是一個(gè)很平和的時(shí)間段，直到電壓改變到一定程度時(shí)，必須終止充電，否則可能出現(xiàn)過度充電的現(xiàn)象，A點(diǎn)是充電終止點(diǎn)。

圖1充斷電曲線

3.2.2智能充電控制流程

智能充電控制流程舉例如下：假設(shè)系統(tǒng)檢測電池組電壓和Uol，對應(yīng)充電電壓曲線上的A，充電電流曲線上的B兩點(diǎn)，對應(yīng)時(shí)刻為t1，那么此時(shí)智能充電系統(tǒng)就只需要按照t1以后的充電曲線（如圖2）對蓄電池進(jìn)行充電直至正常充電結(jié)束，假設(shè)充電結(jié)束時(shí)刻為t2，則整個(gè)充電時(shí)間Δt=t1-t2，并做出記錄。

圖2智能充電曲線

智能充電系統(tǒng)在正常充電中，通過檢測蓄電池的狀態(tài)，可以判斷出在充電過程中蓄電池是否存在異常情況及極化現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，還能夠及時(shí)的采取修正措施。不僅如此，智能充電系統(tǒng)還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測蓄電池組的狀態(tài)，實(shí)時(shí)保護(hù)充電電路。

3.3軟件設(shè)計(jì)

3.3.1主控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

主控制器采用TI的TMS320F28055做為主控芯片，對電池電壓和電池組溫度進(jìn)行測量監(jiān)控，并且通過觸控屏和上位機(jī)對其進(jìn)行監(jiān)控且對溫度報(bào)警上限和均衡電壓進(jìn)行設(shè)置，上位機(jī)還具有對電壓數(shù)據(jù)趨勢曲線進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)的功能，方便對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。主框架如圖3所示。

圖3系統(tǒng)主程序流程圖

3.3.2電池?cái)?shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)

為了對電池更好地管理，對電池的數(shù)據(jù)采集是最為重要的一部分。電池監(jiān)控芯片通過自帶的SPI功能與CPU之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸速率上面，LTC6804-1支持的最大波特率為1MHz。當(dāng)系統(tǒng)上電后，電池管理芯片處于開始的休眠狀態(tài)，必須通過控制器給管理芯片發(fā)送芯片喚醒指令，通過指令喚醒管理芯片到工作狀態(tài)，當(dāng)芯片喚醒后，對管理芯片進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，包括ADC采用頻率、均衡電壓等配置信息。為了確保檢驗(yàn)通信成功，采用了讀取配置寄存器的方法來驗(yàn)證是否通信成功，通過相應(yīng)的程序來讀取單體電池的電壓并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換。

3.3.3電池監(jiān)控界面

控制器與觸控屏之間是通過串口B進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通過觸控屏顯示每一節(jié)單體電池的電壓和電池組的溫度，對電池進(jìn)行監(jiān)控，還可以通過觸控屏對電池組的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括溫度上限、電壓上限、電壓下限、WiFi開關(guān)、CAN開關(guān)。顯示如圖4所示。如圖4所示，顯示部分包括12節(jié)單體電池的電壓、電池總電壓、電池最高最低電壓及其壓差、電池組溫度、WiFi連接狀態(tài)、CAN連接狀態(tài)、均衡狀態(tài)。狀態(tài)指示燈紅色燈表示工作狀態(tài)為關(guān)閉狀態(tài)，綠色工作狀態(tài)為正在工作中。

圖4觸控屏功能主界面

4、結(jié)論

總之，該文設(shè)計(jì)開發(fā)的電動(dòng)車電池管理控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各種運(yùn)行參數(shù)、故障診斷報(bào)警和熱管理等功能，系統(tǒng)精度高、穩(wěn)定可靠、安全運(yùn)行周期長，并已在電動(dòng)車研發(fā)廠家的電池管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到較為廣泛應(yīng)用，現(xiàn)相關(guān)研發(fā)單位與國家主管部門正積極制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為優(yōu)良的電動(dòng)車電池管理控制系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)做好基石，也為電動(dòng)車的推廣使用奠定了技術(shù)支持。

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