電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)研究

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1、電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)研究 電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)研究 2016/09/28 《長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)》2016年第2期 摘要： 根據(jù)電動(dòng)車的工作特性，文中設(shè)計(jì)了一種電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)。當(dāng)電動(dòng)車剎車時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)能量通過(guò)剎車能量反饋裝置給超級(jí)電容充電，利用超級(jí)電容大電流放電特性給電動(dòng)車啟動(dòng)時(shí)提供電源，既有效解決電動(dòng)車剛啟動(dòng)時(shí)蓄電池大電流放電帶來(lái)的一系列問(wèn)題，又節(jié)約了能源，延長(zhǎng)了電池的使用壽命。 關(guān)鍵詞： 電動(dòng)車

2、；電池；超級(jí)電容；能量反饋 0引言 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(chǎng)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(duì)于同規(guī)格、同型號(hào)的蓄電池來(lái)說(shuō)，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(wèn)題是不可避免的[1]；在電池組使用中，單體電池不一致問(wèn)題對(duì)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(guò)放，蓄電池充電時(shí)沒(méi)及時(shí)斷開(kāi)充電器造成蓄電池過(guò)充。所以對(duì)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

3、解決的重要問(wèn)題。 1.系統(tǒng)組成及工作原理 1.1系統(tǒng)組成本 蓄電池組由4只20AH/12V閥控式密封鉛酸蓄電池串聯(lián)組成。電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)主要由蓄電池組、電流檢測(cè)單元、電壓溫度檢測(cè)模塊、充電器、多功能開(kāi)關(guān)K1～K3、剎車能量反饋裝置、超級(jí)電容、電壓檢測(cè)單元、AT89C51和報(bào)警電路組成。電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。 1.2系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)上電后，先自動(dòng)檢測(cè)單體電池的電壓、溫度和電流，判斷電池能否正常工作，同時(shí)檢測(cè)超級(jí)電容電壓，若該電壓值低于設(shè)定電壓值則多功能開(kāi)關(guān)K1閉合，蓄電池組對(duì)超級(jí)電容快速充電；當(dāng)電動(dòng)車啟動(dòng)

4、時(shí)，多功能開(kāi)關(guān)K2閉合K3斷開(kāi)，當(dāng)超級(jí)電容電壓接近蓄電池電壓時(shí)切換到蓄電池組供電；當(dāng)電動(dòng)車剎車時(shí)，剎車能量反饋裝置對(duì)超級(jí)電容充電[2]。 2.主要硬件電路設(shè)計(jì) 2.1電壓檢測(cè) 電路電壓檢測(cè)電路見(jiàn)圖2，主回路中的直流信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻R1、R2分壓后，由運(yùn)算放大器OP07隔離；然后被檢測(cè)信號(hào)通過(guò)光電耦合電路、濾波電路和限幅電路轉(zhuǎn)換成0～3V模擬電壓信號(hào)。電路中使用兩個(gè)同型號(hào)的光耦，由于反饋通道的存在，補(bǔ)償了單個(gè)光耦的非線性。該電壓檢測(cè)電路能實(shí)現(xiàn)電壓跟隨與隔離，大大減少了主回路對(duì)檢測(cè)電路的干擾。 2.2電流檢測(cè) 電路電流檢測(cè)

5、電路見(jiàn)圖3，電路中電流互感器采用北京森社電子公司的型號(hào)為CHB-20P的霍爾傳感器[3]。其相關(guān)參數(shù)滿足蓄電池管理系統(tǒng)中對(duì)電流的檢測(cè)要求。電流檢測(cè)電路具有雙向電流信號(hào)檢測(cè)的功能，所以能實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池充電和放電時(shí)的電流大小。當(dāng)電阻R1上電壓為正時(shí)，此正電壓經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)算放大器OP07-1和OP07-2，再通過(guò)濾波電路后送入主控芯片AT89C51，完成了正向電流的檢測(cè)。當(dāng)電阻R1上電壓為負(fù)時(shí)，通過(guò)運(yùn)算放大器OP07-3，再通過(guò)濾波電路后送入主控芯片AT89C51，完成了負(fù)向電流的檢測(cè)。 2.3超級(jí)電容 超級(jí)電容是介于電池和靜電電容之間的儲(chǔ)能元器件，超級(jí)電容的能量密度和

6、功率密度高于靜電電容，比較適合作短時(shí)間的功率輸出源，在電動(dòng)車啟動(dòng)時(shí)能有效地改善電動(dòng)車的運(yùn)行性能。超級(jí)電容的接法有很多種，有超級(jí)電容直接與蓄電池并聯(lián)接法、蓄電池與DC/DC串聯(lián)接法等[4]。本系統(tǒng)中采用超級(jí)電容與DC/DC串聯(lián)的連接方式見(jiàn)圖4。 3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 圖5為系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖。具體步驟如下： （1）系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)單體電池的電壓、溫度和電流； （2）比較判斷，若總電流超過(guò)設(shè)定值，溫度高于環(huán)境溫度5℃，則斷開(kāi)電源，報(bào)警電路動(dòng)作； （3）主控芯片MCU將采集到的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出電池組中單體電池的平均電壓

7、； （4）比較判斷，若單體電池電壓小于平均電壓1V以上，則斷開(kāi)電源，報(bào)警電路動(dòng)作； （5）檢測(cè)超級(jí)電容電壓，若該電壓值低于設(shè)定電壓值則多功能開(kāi)關(guān)K1閉合0.5S，蓄電池組對(duì)超級(jí)電容充電； （6）電動(dòng)車啟動(dòng)時(shí)，K2閉合K3斷開(kāi)，當(dāng)超級(jí)電容電壓接近蓄電池電壓時(shí)切換到蓄電池供電； （7）電動(dòng)車剎車時(shí)，剎車能量反饋裝置對(duì)超級(jí)電容充電。 4.總結(jié) 本文提出的電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)使電動(dòng)車啟動(dòng)性能有了改善，蓄電池組的利用率有所提高，同時(shí)解決了單體電池之間的不均衡問(wèn)題，延長(zhǎng)了電池的使用壽命，減少了電池更換的費(fèi)用。 參考文獻(xiàn)： [1]張毅，楊林，李立明等.電動(dòng)汽車無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)控制[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2005,39（9）：1457-1460. [2]雷娟，蔣新華，解晶瑩.鋰離子電池組均衡電路的發(fā)展現(xiàn)狀[J].電池，2007,（1）：62-63. [3]李少國(guó)，姚國(guó)興.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電蓄電池超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能研究[J].電力電子技術(shù),2010,(2):12-14. [4]楊春雷，劉志遠(yuǎn).一種電動(dòng)汽車動(dòng)力電池均衡控制方法和設(shè)計(jì)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，45（8）：1186-1190.