电动汽车蓄电池检测系统设计

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电动汽车蓄电池检测系统设计
摘要:随着石油储量的减少和环境污染的加剧,燃油汽车终将退出历史的舞台。电动汽车由于无污染、高性能等优点,必将成为今后汽车发展趋势。现今蓄电池制造技术发展迅速,各种高性能的电池不断涌现,如锂离子电池,镍氢电池等。但在我国,大多数电动汽车依然应用铅酸蓄电池,因此本文以铅酸蓄电池为研究对象。本文对电动汽车蓄电池检测系统设计进行探讨。
关键词:蓄电池组;SOC估算;均衡控制
1研究意义
铅酸蓄电池的设计寿命为5-8年,但由于在使用过程中存在过热、亏损等问题,不但加剧了亏损蓄电池使用寿命的减少,同时也影响性能好的蓄电池的使用寿命,致使蓄电池使用2-3年即报废。因此,必须设计良好的电池管理系统对蓄电池性能参数在线实时检测,及时发现和更换故障电池,使电池组始终处于良好的工作状态。基于此,本文设计了一款电动汽车蓄电池检测系统,通过实时检测充放电电压、电流和温度等参数,并利用安时积分法对电池的SOC值进行在线估算,以提高电池组的使用效率,延长其使用寿命。
2系统构成
本检测系统主要由数据采集模块、数据处理模块、控制模块构成。系统通过数据采集模块获取电压、电流、温度等信号,发送给数据处理模块进行分析与处理,同时微处理器将分析结果发送给控制模块,从而对系统进行均衡控制和管理。电动汽车蓄电池检测系统原理框图如图1所示。
气压顶杆3硬件设计
本设计以32位嵌入式单片机STM32F103ZET6为控制核心。该单片机是意法半导体公司推出的一款超低功耗32位微处理器,工作频率高达72MHz。片内具有64KB的SRAM和512KB的闪存,以及多达112个快速I/O端口。
图1 蓄电池检测系统原理框图光纤入户信息箱
3.1电压采集电路
双向呼叫本检测系统需采集单体电池电压和整个电池组的电压。单路电池电压的采集选用Linear公司的LTC6802电池状态检测芯片,其可在13ms内完成多达12节串联电池的电压测量。该芯片内含精确的电压基准、高输入的多路复用器、12位的ADC。同时,还有2路热敏电阻输入,用于检测电池组工作时的温度。LTC6802的应用电路简单,在此从略。电池组总电压的采集应用电阻分压法,通过同时采集电池组的最高电压和最低电压,由此计算两者电势差,从而得到电池组的总电压。电池组电压采集电路如图2所示。
图2 电池组电压采集电路
3.2电流采集电路
电流采集由霍尔电流传感器完成,主要通过检测霍尔元件两端压降从而计算出电流。主要由两个运算放大器TL072构成电压偏移电路和电压跟随器。电流采集电路如图3所示。
图3 电流采集电路
3.3均衡控制电路
电池充放电过程中,各单体电池的电压并不相同。当单体电池电压偏差超过50mV时,就会影响电池的使用寿命和采集数据的准确性。因此,必须采取均衡措施,以减小电池间的电压差,实现均衡充放电,从而延长电池使用寿命和提高采集数据的准确性。电池均衡控制电路有多种,本设计采用双向非耗散型均衡电路。均衡控制电路如图4所示。若电池BAT1电压高于BAT2,上桥臂Q1导通时,BAT1给电感L1充电;当Q1关断时,二极管D1导通,电感L1给BAT2充电,从而使两个电池电压平衡。反之,通过下桥臂Q2和D2的通断,实现能量的反向传递。其它单体电池间也是相同的均衡电路,最终实现了各电池间电压的平衡。
图4 均衡控制电路
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4软件设计
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4.1SOC估算
电池检测系统的关键在于SOC值的估算,从而估算剩余电量,以评估续航里程。SOC估算方法有多种,如开路电压法、安时积分法、内阻法、卡尔曼滤波法等,本设计采用安时积分法。安时积分法是将电池储存的电荷量看作是线性系统,通过电流对时间的积累来估算电池剩余电荷量。其计算公式为:
(1)
4.2软件开发
电动汽车蓄电池检测系统软件采用C语言编写,采用模块化程序设计,包括主程序、数据采集子程序、SOC估算子程序、均衡控制子程序和通信程序等。主程序流程图如图5所示。
图5 主程序流程图
结束语
本文设计了一款基于STM32的电动汽车蓄电池检测系统。通过采集电压、电流、温度等信息,采用安时积分法估算SOC值,对电池组进行均衡控制。经调试和实验运行,各单体电
池间电压均衡,各项参数稳定,提高了蓄电池的使用效率和寿命。
参考文献
[1]吴雅莉,刘彦芨.现代汽车电池的研究和应用[J].科技风,2019(11):11-13.
[2]刘保杰,王艳.电动汽车电池管理系统[J].电气自动化,2010,32(1):60-62.
[3]杨杰,唐炜.铅酸蓄电池多参数在线检测系统的设计[J].机械与电子,2020,38(5):64-68.

本文发布于:2024-09-24 10:16:45,感谢您对本站的认可!

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