基于單片機(jī)的動力電池管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計
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采用熱敏電阻作為溫度傳感器進(jìn)行溫度采樣。熱敏電阻是一種熱敏性半導(dǎo)體電阻器，其電阻值隨著溫度的升高而下降。電阻溫度特性可以近似地用下式來表示：
1.3 均衡模塊
電池組常用的均衡方法有分流法、飛速電容均衡充電法、電感能量傳遞方法等。在本系統(tǒng)中，需要較多的I/O口驅(qū)動開關(guān)管，而單片機(jī)的I/O口有限，所以采取整充轉(zhuǎn)單充的充電均衡方法。原理圖如圖3所示。Q4是控制電池組整充的開關(guān)，Q2、Q3、Q5是控制單節(jié)電池充電的開關(guān)。以10節(jié)錳酸鋰電池組為例，變壓器主線圈兩端電壓為42 V，副線圈電壓為電池的額定電壓4.2 V。剛開始Q4導(dǎo)通，Q2、Q3、Q5截止，單節(jié)電池的電壓不斷升高，當(dāng)檢測到某一節(jié)電池的電壓達(dá)到額定電壓4.2 V以后，電壓檢測芯片發(fā)出驅(qū)動信號，關(guān)閉Q4，打開Q2、Q3、Q5，整個系統(tǒng)進(jìn)入單充階段，未充滿的電池繼續(xù)充電，以達(dá)到額定電壓的電池保持額定電壓不變。經(jīng)測試，電壓差值不會超過50 mV。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/173350.htm
2 SOC電量檢測
在鋰離子電池管理系統(tǒng)中，常用的SOC計算方法有開路電壓法、庫倫計算法、阻抗測量法、綜合查表法[3]。
(1)開路電壓法是最簡單的測量方法，主要根據(jù)電池開路電壓的大小判斷SOC的大小。由電池的工作特性可知，電池的開路電壓與電池的剩余容量存在著一定的對應(yīng)關(guān)系。
(2)庫侖計算法是通過測量電池的充電和放電電流，將電流值與時間值的乘積進(jìn)行積分后計算得到電池充進(jìn)的電量和放出的電量，并以此來估計SOC的值。
(3)阻抗測量法是利用電池的內(nèi)阻和荷電狀態(tài)SOC之間一定的線性關(guān)系，通過測出電池的電壓、電流參數(shù)計算出電池的內(nèi)阻，從而得到SOC的估計值。
(4)綜合查表法中電池的剩余容量SOC與電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)是密切相關(guān)的。通過設(shè)置一個相關(guān)表，輸入電壓、電流、溫度等參數(shù)就可以查詢得到電池的剩余容量值。
在本設(shè)計中，從電路的集成度、成本、所選MCU的性能方面考慮，采用了軟件編程的方法。綜合幾種方法，采用庫倫計算法比較合適。
(1)用C表示鋰電池組從42 V降到32 V時放出的總的電量。
(2)用η表示電流i經(jīng)過時間t后，放出的電量與C的比值。
其中CRM為剩余電量。令ΔCi=i×Δt，表示?駐t時間內(nèi)電池組以i放電的放電量；或者是以i充電的充電量，剩余電量實(shí)際上是對ΔCi的計算以及累加。設(shè)定合適的采樣時間Δt，測定當(dāng)前的電流值，然后計算乘積，得到Δt時間內(nèi)剩余容量CRM的變化量，從而不斷更新CRM的值，即可實(shí)現(xiàn)SOC電量的檢測。
3 試驗(yàn)結(jié)果
通過電池管理系統(tǒng)對錳酸鋰電池組進(jìn)行充放電測試。圖4(a)為鋰電池組放電測試圖，放電電流為8 A，當(dāng)電池組電壓降至32 V時，放電MOS管關(guān)斷。圖4(b)為充電的測試圖。充電結(jié)束4小時后，均衡完成。
本文的電池管理系統(tǒng)以M68HC08GZ16為核心，實(shí)現(xiàn)了對電池組單體電壓、電流、溫度信號的采集。充電電量平衡以后，單體電池的電壓差值不超過50 mV。整體系統(tǒng)運(yùn)行性能良好，能夠滿足電動車動力電池組應(yīng)用需要。
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