动力电池能量管理系统(共53页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上动力电池能量管理系统检测时间：2016-05-23 09:39:53摘 要。三个电动汽车的发展。上述功能需求,设计提出使用主芯片单片机,分散的集合和集中控制的解决方案结合硬件、单片机的选择,电。关键词电动汽车; 电池管理系统;电池SOC估算;单片机;充电均衡控制ABSTRACTIn recent years, due to the increasingly serious problem of environmental pollution and the increasing consumption of oil and energy, new energy veh

2、iclesDevelopment, more and more governments and the worlds major carmakers attention. Develop three electric vehiclesThe key technology is the motor drive system consists of three parts, the vehicle control system and power management systems, steam currentAutomotive battery life is short-range, low

3、 battery life, high maintenance costs and popular, therefore,Power management technology for energy management and vehicle power battery protection control is becoming increasingly important.This article describes the electric vehicle battery management systemThe main function of the system and the

4、development of domestic and foreign presentationRoot of the problem, and introduces the principle of lead-acid batteries and key operating characteristics describedLead-acid battery remaining amount prediction model design and features of several projects, based on a lot of batteryCharging and disch

5、arging of the experimental data, this design method is proposed to estimate the remaining battery power.The above functional requirements, the design proposed to use the main chip microcontroller, decentralized collectionAnd centralized control solutions combine hardware, MCU selection, battery para

6、meters collection, balance and protectionCircuit, a power conversion circuit and external communications, and other major modules and hardware design based on a detailed description ofKyle C51 microcontroller software development and design environment software solutions designed battery management

7、system 3The main processes: charge, discharge and static software design. Finally, the entire hardware and software systemCharging and discharging fatigue test by collecting a large amount of experimental data to verify the feasibility and stability of the hardware and software designKeywords electr

8、ic vehicles; battery management system; battery SOC estimation; SCM; charge equalization control目录 TOC o 1-3 h z u 摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 项目背景来源及介绍11.1.1课题研究的背景与意义21.1.2电动汽车概念31.1.3电动汽车蓄电池管理概念41.1.4课题研究主要内容61.2 电动汽车蓄电池国内外研究现状71.2.1国内研究现状71.2.2国外研究现状9第2章 蓄电池管理系统的概述及设计92.1 常用电池的介绍92.2 蓄电池的工作原理132.3

9、蓄电池管理系统的功能152.3.1 充电管理152.3.2 容量预测172.3.3 均衡充放电20第3章 BMS系统硬件设计223.1 总体方案设计233.2 STC89C51芯片的概述253.3 51最小系统263.3.1 电源和复位电路283.3.2 晶振电路303.4 外部电路的设计303.4.1 电压采集303.4.2 电流采集313.4.3 温度采集333.4.4 外部232接口34第4章 系统的软件设计方案354.1 软件环境简介354.2 系统软件总体设计364.3系统管理程序的设计364.3.1传感器的程序设计364.3.2 串行口的程序设计374.3.3数据采样的程序设计40

10、致谢41参考文献42绪论项目背景来源及介绍1.1.1课题研究的背景与意义。三个电动汽车的发展。14因此,电源管理技术对能源管理和车辆动力电池保护控制变得越来越重要。本文介绍了电动汽车电池管理系统和开发国内外介绍问题的根源,介绍了铅酸蓄电池工作原理和关。1.1.2电动汽车概念。对车站,超快的,一个共同的充电站。纯电动汽车的质量区别取决于这四个组件,它的价值也取决于这四个组件的质量水平。纯电动汽车的使用也选择配置四个组件直接相关。纯电动汽车每小时的速度,根据功率和驱动电动机的启动速。这取决于制造商的车辆位置和年级使用和市场定义,市场细分。电机控制器和速度的选择和制备车辆质量和价格也受到影响。公用事

11、业快速充电站是一个纯电动汽车商业化基础设施将使它成为一个完美的地方前轻松导航,反之亦然是它的腿短,受影响,欧洲、美国商业实践电动蒸汽充分说明了这一点。我们认识到,但不作为。此外,电缆连接器问题充电器和汽车电池必须标准化,形成品种电池电压装箱,速度(功率)协议的各种元素。否则,纯电动汽车和公共充电站不能快速有效地无法对接,该行业目前的白皮书,为我们探索,但你必须计划,成型后的设计实现中,为了避免徒劳的,避免浪费资源。虽然部分制造商和相关行业应该形成一个链,共发展计划。国家发展和政委”新能源汽车展厅管理方法和实施细节,“11月1日生效,2007年。“农业城镇和村庄。车辆用根据决心继续一次充电行驶里

12、程,这意味着足够的容量电池组,充分利用公共充电站快速扩展增加里程收费。4,电机应设置较高的能量转换效率。刹车减速的直接能源使用和回收,努力全面的能源利用效率。5。容量。6、汽车驾驶操作,控制简单,有效,可靠,确保道路安全。7、机械、电气安装耐用和更少的维护。低成本运营的车辆。8,为了目标市场需求为基础,提供实用和适用于满足模型,并努力实现全面、综合技术、经济、实用、功能方面。合适的模型和经济配置。性能可靠和容易处理。环保电池,持久的生活,足够的电力,超快的充电,提高网络和服务到位。低成本、最小的维护。1.1.3电动汽车蓄电池管理概念电动汽车的电池管理系统(BMS)是基于电子测量、电动控制和报警

13、显示。(左)高性能蓄电池或电池埋成本非常高,而且生产过程是复杂的,环境要求相对较高,很难大规模生产,一般只用于高档昂贵的进口车型,目前的市场缺乏共同的普通电池储能领域,导致电动汽车行驶里程短,远未达到使用中如果操作不当或不正常的个体比例如,电池过充和过放电会导致电池内部电池或内部化学物质已被打破坏,因此进一步降低电池寿命较低。电池电力系统(3)电动汽车电池通常是由几十个甚至几百个埋电池串联使用,由于生产标准或迟替代和其他原因,在一个电池组不是一个小电池之间的个体差异,在长期使用后,会有一个显著的区域电压的能力不,导致每个电池充电和放电的不平衡,通常电池过度充电的一部分,将会有一些电池吗长完全满

14、意,经常过放电。研究表明,电池组的电池的性能通常在后面决定电池的状态和性能,电池健康后面很长一段时间使用电池,性。(4)的一个汽车司机需要汽车里程保持避免中途停止传统汽车,汽车是理解通过驾驶室仪表板燃油油耗信息表,在电动汽车我们需要显示剩余电池电量显示。因此,在目前的情况下,除了加强对电池性能的研究,新电池的发展此外,适当的动力电池管理系统也很有必要,和每个蒸汽越来越多汽车制造商的关注,目前是主要的趋势是发展电动汽车的发展。己的国家工作精确计算和判断,这个信息应该准确地传输到车辆和驾驶员管理、车辆管理系统EC,司机做出正确的驾驶操作,以确保电池的安全性的前提下,充分发挥电池的潜力,延长电池寿命

15、。1.1.4课题研究主要内容汽车电池电动汽车作为主要的能源存储设备,整个电池体系的整体研究为电动管理系统不发达,缺乏积极管理策略,研究还不成熟。电池的实际操作状态电池分析条件,优化环境,提高电。本文着重于hang-ion电池组,电池组通过一个集成的机械设计研究体系正确的电池模型的研究,识别和参数;每个电池的参数收集和优化计算;研究电池组失衡,最终电池组合理控制和分析,完成电动汽车优化和提高动力电池系统。电动汽车蓄电池国内外研究现状1.2.1国内研究现状近年来,作为电动汽车电池管理系统的三个关键技术的关注和出国留学关注16 - 17,许多学者和专家一直在如何优化车载电池的使用效率,如何延长电池组

16、身上探索的使用。目前,国内电池管理系统的研究已经取得了可喜。电动汽车使用的报道还很少,甚至电动汽车自燃火灾和其他严重事件的报纸,这些现象和原因,几乎所有的汽车电池管理系统不能离开。索阶段,从实用、大规模的商业用途有很长的去1有22 研究电池管理系统也高度重视研究和有一个电池管理系统作为国家863计划”、“十五”、“十一五”,“第二个五”规划重大科技课题。中国主要依靠科技的力量。北京交通大学、应用研究和发展上的镍氢电池动力电池管理系统在2002年12月的科学验收,系统使用一个分布式架构解决方案,它可以实现镍氢电池健康监测,剩下的估计能力和其他功能;璟电池管理系统2008奥运纯电动公交车被北京理工

17、( ,北京。1.2.1国外研究现状外国电池管理系统更深入的研究,目前技术相对先进的西方国家和亚洲日本大陆基础上,这些国家对电池管理系统的研究进行之前,他们有很多实验各种电池总结了电池的数学模型,并开发了多种试验加载电池管理系统,电池管理丰富的技术经验和知识积累。美国能源部在1991年和美国,戴姆勒-克莱斯勒,福特,通过与美国三大汽车公司共同建立了先进的美国高级电池电池财团联盟(USABC),成立于电池测试和管理系统,专业组织和其他研究实验。电动汽车开发的增强型植被指数这家美国公司使用的电池管理系统的智能Guadr Aerovironment系统,以及美国AC推进BatOPt公司开发了电池管理系

18、统。点放在电池组的管理的可靠性,增加了高电压电池电源保护,手动电源开关系列措施;智能Guad:系统的主要特征是,它配备了一个电池意味着实现分布式电池电压和温度测量和电池过度充电检测 n”和超载保巴士,监控模块将收集电池电压、温度和其他信息数据到控制单元,根据主控制单元接收信息,提供自动和手动充电管理功能 第2章 蓄电池管理系统的概述及设计2.1 常用电池的介绍从18岁_ 59法国科学家普兰特(普兰特)发明了世界上第一块充电电池今天,电池圣经过一百年的发展,在此期间出现的各种各样的电池,但不适合车辆很多。当前常见,适合电池电动车如下:铅酸电池、nickel-fu镍氢包池,hang-ion电池和锌

19、空气电池,如上所述在表2.1下面这五个电池技术数据表,2.2,这种电池的主要性能。2.2 蓄电池的工作原理铅酸电池由一个电极由铅及其氧化物,电解液电池是由硫酸溶液。13。铅酸蓄电池的充放电反应是一个可逆的过程,然后放电过程的硫酸溶液分解,积极和消极之间的导电离子流动形式的权力,充电当一个外部的化学能转化为电能,硫酸溶液再生,但随着电池放电时间位置,水会挥发部分电池内电解液浓度、酸很容易发生氧化和电极,维护添加蒸馏水来调整电解液的浓度,电极材料氧化分解,维护活跃的电极,延长电池寿命。2.3 蓄电池管理系统的功能一般来说,电动汽车电池管理系统应该有以下特点1.充保护: 电池过度充电会破坏积极的结构

20、影响的性能和寿命,而且电气超载解决方案是解决,内部压力过度造成的渗漏、变形、火等等,在恒压充电失败后与深化电压达到一定水平它会引起爆炸,电池性能的一个主要损害。电荷状态。当电池电压恢复到设置超载释放电压,和持有时间超过预定时间延迟,过度充电电气保护释放。2.过放电保护:电池放电容量将导致大量的活性物质和大量的不可逆转的衰退,并可能导致引起泄漏,零电压和负电压,电池也是一个主要的性能损失,它还需要保护线路控制系统以防止过量放电的电池。当电池电压恢复到设置释放过量放电电压或更多,和持有时间超过预设时间延迟、过放电保护。3.过流保护:。在一定的时间延迟自动过载保护释放。4.短路保护:。5.温度保护:

21、系统可以多点温度采样,包括胞体温度、环境温度、电源设备温度等,根据采样位置,默认值相应的保护。电池充电和放电,锁定状态和温度保护。当检测到温度返回到设定温度排气温度,超过预定时间延迟举行,高温保护。6.检测方法:管理系统的每个的电池组电压监控,并转换为信号的价值。7.当前检测:管理系统应该能够电池组的充电和放电电流监测和转换成数字值。8.温度检测:电池管理系统应该身体温度,环境温度,温度温度国家权力装置监控的数量,和转换成数字值。9.SOC检测方法:控制并提供司机驾驶的基础合理安排提供参考。2.3.1 充电管理1恒压充电恒压充电是一个合理的选择的充电方法,电池状态监测,确保电池充电效率和安全流

22、量管理是一个实时安全监控检测电池状态,电池容量估算。电池状态检查。2恒流充电。3恒压恒流充电恒压充电电流很大,电池温度上升过快,会导致开始危险,为了防止电流过大,一般限制充电电流一定限制,10所以充电公式将称为恒压恒流充电。自从电池充电电压很低,充电电流很小,因此,电解液泡沫产生,可以节约能源,减少电池的温度上升,以避免损坏电池盘子里。因此,充电电压通常设置在当前限制。4涓流充电。充电实际上是一个近似恒流充电模式,充电电流保持稳定小,恢复电池的状态,整流电压必须逐渐增加。充电过程执行时间和电池放电深度,如果判断是基于充电电池端电压,终止基于电池端电压或充电时间。2.3.2 容量预测。当前,有统

23、一的定义的电力的观点终端电压、电流、温度、容量、内部压力、阻力和充放电循环次数数量)电源和电池特性因素,这样的估计的剩余容量是非常困难的。综合当前大量的文件,下面总结了常见方法的预测能力。1开路电压法函数,电解液密度降低电池放电率可以用开路电压。下面的表描述线性的开路电压和铅酸电池的关系并不好,但通信可能是估计的,特别是在初始电荷和结束的好结果。2阻抗法内阻法电池内阻有法国抵抗交流电阻(阻抗)和直流电阻(电阻)。直流电阻计算的大小的影响,如果时间短于10毫秒只能检测到欧姆电阻;如果更长一段时间,阻力就会变得复杂。2神经网络法。通常是结合使用的方法。建立电池模型,使用先进的控制理论、实际计算和计

24、算模型的结合当前研究的焦点。下面将列出几种方法进行了比较。第3章 BMS系统硬件设计3.1 总体方案设计。总体结构如图3-1所示。如图 3-2图 3-23.2 STC89C51芯片的概述STC89C51单片机学习板是基于一个8位STC89C52RC单片机芯片系统。STC89C52RC是使用8051年。ISP(在系统编程)在系统可编程芯片的最大操作时钟频率80 mhz,包含8 k字节的芯片可重写光盘只读项目1000倍闪存设备兼容标准通过mcs51汇编语言80 c51单片机指令集和销结构,该。STC89C52RC单片机是一个时钟/机器周期(1 t)8051单片机兼容,高/低能耗新一代的8051年,

25、一个新的装配线/减少指令集架构,内部集成MAX810特殊的复位电路。1)增强管道8051 t / RISC CPU体系结构(2)(5 v单片机)/ 2.0 v - 3.8 v(3 v微控制器(3),相当于一个普通的8051 0 420 mhz。实际的操作频率48 mhz。(4)用户应用程序空间12 k / 10 k / 8 k / 6 k / 4 k / 2 k字节(5)512字节的RAM芯片上集成(6)通用I / O端口(27/23分),重置:quasi-bidirectional /弱上拉(8051普通传统的I / O端口)它可以设置为四个模式:quasi-bidirectional /弱

26、引体向上,按钮/拉力强,只有输入/高阻抗,排水明沟每个I / O端口驱动能力可以达到20 ma,但整个芯片不能超过最大55马(7)ISP(在系统可编程)/ IAP(在应用程序编程),没有特殊的程序员下载用户程序直接通过串口(P3.0 / P3.1),几秒钟完成(8)eepm函数(9)监督机构(10)内部集成MAX810特殊复位电路(外部晶体20米或更少,可以节省外部复位电路)(11)时钟来源:外部精度水晶/时钟,内部的R / C振荡器。用户下载用户程序,您可以选择使用一个内部的R / C晶体振荡器或外部时钟。在室温下内部的R / C振荡频率:5.2 mhz 6.8 mhz。当精度不是必需的,你

27、可以选择使用内部时钟,因为有漂移,请选择4 mhz 8 mhz(12)有两个16位定时器/计数器(14)PWM(4路)C / P(可编程计数器数组),然后还被用来实现四个计时器或四个外部中断(中断上升/下降沿中断支持)(15)STC89Cc516AD ADC的能力。10位分辨率ADC,8路(16)通用异步串行端口(UART)(17)SPI通信端口同步主模式和从模式(18)操作温度范围:0 -75/ -40 - + 853.3 51最小系统3.3.1 电源和复位电路。R为电阻R6的阻值，C为极性电容C9的大小。系统正常运行时，按下按键S2时，RST端的电平为VCC*10/11，也是一个高电平，此

28、时芯片也会产生一个高电平复位信号。3.3.2 晶振电路本设计采用的12M的外界晶振，外接2个30Pf的电容（电容的取值在2040之间，所以我们采用了30Pf的电容）3.4 外部电路的设计3.4.1 电流采集。选择电流传感器电流检测方法具体,即分流术、Hall-type电流传感器光学纤维。设计电路的电流测量精度不是很高,但制造商相对成本控制严格,没有选择线性电流传感器,而不是使用一个标准的电气分流成系列道路试验电压的方法来获得充电和放电的当前值。锰铜分流电阻实际上是一个标准的示例输出使用精确测量测量电流标准参数,使用直接电流通过导体电压的原理是通过测量生成的电压来计算当前值。分流器如图 分流器3

29、.4.2 电压采集铅酸电池是用来管理对象。铅酸电池的电动汽车电池由块。终端电压在每个单元的额定电压。它需要精确控制电压采集。此外,隔离也反映在相应的单体电隔离池监控通道之间,段电压采集电路发生故障时,电池会导致前端损害。电压采集电路必须确保测量系统和被测系统的共同点。如何解决这两个“总吗土地”,但也防止“短路”问题。的电压值,以反映诚实。此后,多路复用器到微处理器计算。光悲哀隔离优势是光速的速度灾难微秒,远低于毫秒继电器实时它是好的。悲哀进一步信号灯是完全独立的电气连接,没有关系存在,即使在有祸了光的输出没有任何影响短路电池使用。此外,这次灾难的规模体积小、重量轻的灾难电压信号为电流信号采集、

30、共同点来解决这个问题。和电压传感器而光的高成本的灾难。设备的介绍在选择组件,我们考虑到经济和实用,离合器选择东日本光电灾难芝加哥制作公司,选择运算放大器的双运算放大器,描述如下悲哀是使用光学隔离光耦合器隔离邪恶,邪恶的离合器的光学结构相当于发光二极管和光电晶体管封装在一起,一个家庭的内部结构在无花果。V1即转换后的电池电压,发光二极管形成一个循环,电压信号数字转换为电流信号I（1）,这里的I（1）与I（2）都有一定的比值。这样,大多数导电晶体管是由一个发光二极管但这个推理的前提是”。普通灯的开关通过灾难。自从光学光发射器的非线性和温度大,难以传输模拟。通过使用测试,结合铅酸电池最后选择的电压范

31、围。如果条件,您可以使用线性光灾难,线性度好,更广泛的范围。电压信号采集电路的重新通过模拟多路复用器切换到内置的转换器行处理,简化系统设计。3.4.3 温度采集这是一个热敏电阻,主要使用它的高成本,和它的体积小,甚至主要报纸上、下限温度,并计算细胞之间的温度差来识别异常细胞。不拉把功能和复杂的计算问题,更少的要求。所以使用热敏电阻满足需求。在这个设计中,只有一个单一的电气设计。因此,每个单元温度的实时监控是必要的,早期发现异常的电池早早替换。3.4.4 外部232接口rs - 232标准,性格有点字符串串行连接的串行(串行)传输方式,利用传输线少,简单的连接,传输距离远。因此,发送一个字符至少

32、10位,带来一个好的结果是使所有的传输速率、传输的速度信号划分到10。最常见的一种异步的起止模式是使用高级数据链路控制(为)。它定义了逻辑1和逻辑0电压标准4rs - 232系列,以及标准的传输速率和连接器类型。积极的和消极的3-15v之间的信号幅度。根据设备供电,5,10日12和15这样的水平是可能的。当线打断了电传时不打印任何有效字符,得到完整的周期连续信号0rs - 232的设计从一开始调制解调器连接与传输,因此它的意义往往是销和调制解调器传输相关的。rs - 232指定了20个不同的信号连接,DB-25连接器从25 sub(微类D)中共销配置。3许多设备使用只有一小部分的针攒钱的利益和空间机器使用了很多小的连接器,尤其是9针do或一个db - 9连接器被广泛因为绝大多数使用IBM机器后个人电脑和其他设备。DB-25和db - 9型连接器在大多数设备是女性,不过,并不是所有的人都这样的。最近,注册插孔- 45连接器有变得越来越流行,尽管其销作业有很大区别。EIA / TIA 561标准指定了一个销作业的方法,但是它被广泛使用在Unix计算机约斯特串行设备布线标准(“约斯特串行设备布线标准”)由戴夫约斯特发明和许多其他设备连接不使用任何上述标准。第4章 系统的软件设计方案4.1 软件环境简介