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电动车电池管理系统研究

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《长沙民政职业技术学院学报》2016年第2期

摘要:

根据电动车的工作特性,文中设计了一种电动车电池管理系统。当电动车刹车时产生的制动能量通过刹车能量反馈装置给超级电容充电,利用超级电容大电流放电特性给电动车启动时提供电源,既有效解决电动车刚启动时蓄电池大电流放电带来的一系列问题,又节约了能源,延长了电池的使用寿命。

关键词:

电动车;电池;超级电容;能量反馈

0引言

随着经济的高速发展,蓄电池产业获得了巨大的市场机遇,广泛地应用于工业生产和人们生活的各个领域。对于同规格、同型号的蓄电池来说,由于制造工艺水平的限制和使用时管理方法不当,蓄电池单体不一致问题是不可避免的[1];在电池组使用中,单体电池不一致问题对电池组性能造成了很大的影响,尤其是电动车的电池组,一个单体电池坏了,整组电池要全部换掉,浪费严重,报废严重,污染严重。蓄电池组寿命较短的原因主要是电动车启动时蓄电池要大电流放电,造成电池过放,蓄电池充电时没及时断开充电器造成蓄电池过充。所以对电动车的蓄电池组进行合理有效地管理是当前急需解决的重要问题。

1.系统组成及工作原理

1.1系统组成本

蓄电池组由4只20AH/12V阀控式密封铅酸蓄电池串联组成。电动车电池管理系统主要由蓄电池组、电流检测单元、电压温度检测模块、充电器、多功能开关K1~K3、刹车能量反馈装置、超级电容、电压检测单元、AT89C51和报警电路组成。电动车电池管理系统框图见图1。

1.2系统工作原理

系统上电后,先自动检测单体电池的电压、温度和电流,判断电池能否正常工作,同时检测超级电容电压,若该电压值低于设定电压值则多功能开关K1闭合,蓄电池组对超级电容快速充电;当电动车启动时,多功能开关K2闭合K3断开,当超级电容电压接近蓄电池电压时切换到蓄电池组供电;当电动车刹车时,刹车能量反馈装置对超级电容充电[2]。

2.主要硬件电路设计

2.1电压检测

电路电压检测电路见图2,主回路中的直流信号经过电阻R1、R2分压后,由运算放大器OP07隔离;然后被检测信号通过光电耦合电路、滤波电路和限幅电路转换成0~3V模拟电压信号。电路中使用两个同型号的光耦,由于反馈通道的存在,补偿了单个光耦的非线性。该电压检测电路能实现电压跟随与隔离,大大减少了主回路对检测电路的干扰。

2.2电流检测

电路电流检测电路见图3,电路中电流互感器采用北京森社电子公司的型号为CHB-20P的霍尔传感器[3]。其相关参数满足蓄电池管理系统中对电流的检测要求。电流检测电路具有双向电流信号检测的功能,所以能实时检测蓄电池充电和放电时的电流大小。当电阻R1上电压为正时,此正电压经过两级运算放大器OP07-1和OP07-2,再通过滤波电路后送入主控芯片AT89C51,完成了正向电流的检测。当电阻R1上电压为负时,通过运算放大器OP07-3,再通过滤波电路后送入主控芯片AT89C51,完成了负向电流的检测。

2.3超级电容

超级电容是介于电池和静电电容之间的储能元器件,超级电容的能量密度和功率密度高于静电电容,比较适合作短时间的功率输出源,在电动车启动时能有效地改善电动车的运行性能。超级电容的接法有很多种,有超级电容直接与蓄电池并联接法、蓄电池与DC/DC串联接法等[4]。本系统中采用超级电容与DC/DC串联的连接方式见图4。

3.系统软件设计

图5为系统的软件设计流程图。具体步骤如下:

(1)系统自动检测单体电池的电压、温度和电流;

(2)比较判断,若总电流超过设定值,温度高于环境温度5℃,则断开电源,报警电路动作;

(3)主控芯片MCU将采集到的电压数据进行处理,计算出电池组中单体电池的平均电压;

(4)比较判断,若单体电池电压小于平均电压1V以上,则断开电源,报警电路动作;

(5)检测超级电容电压,若该电压值低于设定电压值则多功能开关K1闭合0.5S,蓄电池组对超级电容充电;

(6)电动车启动时,K2闭合K3断开,当超级电容电压接近蓄电池电压时切换到蓄电池供电;

(7)电动车刹车时,刹车能量反馈装置对超级电容充电。

4.总结

本文提出的电动车电池管理系统使电动车启动性能有了改善,蓄电池组的利用率有所提高,同时解决了单体电池之间的不均衡问题,延长了电池的使用寿命,减少了电池更换的费用。

参考文献:

[1]张毅,杨林,李立明等.电动汽车无刷直流电动机的回馈制动控制[J].上海交通大学学报,2005,39(9):1457-1460.

[2]雷娟,蒋新华,解晶莹.锂离子电池组均衡电路的发展现状[J].电池,2007,(1):62-63.

[3]李少国,姚国兴.风光互补发电蓄电池超级电容器混合储能研究[J].电力电子技术,2010,(2):12-14.

[4]杨春雷,刘志远.一种电动汽车动力电池均衡控制方法和设计[J].上海交通大学学报,2011,45(8):1186-1190.

作者:马文静 单位:江苏工程职业技术学院

长沙民政职业技术学院学报责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次
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