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

2、；電池；超級電容；能量反饋 0引言 隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，蓄電池產(chǎn)業(yè)獲得了巨大的市場機遇，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們生活的各個領(lǐng)域。對于同規(guī)格、同型號的蓄電池來說，由于制造工藝水平的限制和使用時管理方法不當(dāng)，蓄電池單體不一致問題是不可避免的[1]；在電池組使用中，單體電池不一致問題對電池組性能造成了很大的影響，尤其是電動車的電池組，一個單體電池壞了，整組電池要全部換掉，浪費嚴重，報廢嚴重，污染嚴重。蓄電池組壽命較短的原因主要是電動車啟動時蓄電池要大電流放電，造成電池過放，蓄電池充電時沒及時斷開充電器造成蓄電池過充。所以對電動車的蓄電池組進行合理有效地管理是當(dāng)前急需

3、解決的重要問題。 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。電動車電池管理系統(tǒng)主要由蓄電池組、電流檢測單元、電壓溫度檢測模塊、充電器、多功能開關(guān)K1～K3、剎車能量反饋裝置、超級電容、電壓檢測單元、AT89C51和報警電路組成。電動車電池管理系統(tǒng)框圖見圖1。 1.2系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)上電后，先自動檢測單體電池的電壓、溫度和電流，判斷電池能否正常工作，同時檢測超級電容電壓，若該電壓值低于設(shè)定電壓值則多功能開關(guān)K1閉合，蓄電池組對超級電容快速充電；當(dāng)電動車啟動

4、時，多功能開關(guān)K2閉合K3斷開，當(dāng)超級電容電壓接近蓄電池電壓時切換到蓄電池組供電；當(dāng)電動車剎車時，剎車能量反饋裝置對超級電容充電[2]。 2.主要硬件電路設(shè)計 2.1電壓檢測 電路電壓檢測電路見圖2，主回路中的直流信號經(jīng)過電阻R1、R2分壓后，由運算放大器OP07隔離；然后被檢測信號通過光電耦合電路、濾波電路和限幅電路轉(zhuǎn)換成0～3V模擬電壓信號。電路中使用兩個同型號的光耦，由于反饋通道的存在，補償了單個光耦的非線性。該電壓檢測電路能實現(xiàn)電壓跟隨與隔離，大大減少了主回路對檢測電路的干擾。 2.2電流檢測 電路電流檢測

5、電路見圖3，電路中電流互感器采用北京森社電子公司的型號為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)中對電流的檢測要求。電流檢測電路具有雙向電流信號檢測的功能，所以能實時檢測蓄電池充電和放電時的電流大小。當(dāng)電阻R1上電壓為正時，此正電壓經(jīng)過兩級運算放大器OP07-1和OP07-2，再通過濾波電路后送入主控芯片AT89C51，完成了正向電流的檢測。當(dāng)電阻R1上電壓為負時，通過運算放大器OP07-3，再通過濾波電路后送入主控芯片AT89C51，完成了負向電流的檢測。 2.3超級電容 超級電容是介于電池和靜電電容之間的儲能元器件，超級電容的能量密度和

6、功率密度高于靜電電容，比較適合作短時間的功率輸出源，在電動車啟動時能有效地改善電動車的運行性能。超級電容的接法有很多種，有超級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)中采用超級電容與DC/DC串聯(lián)的連接方式見圖4。 3.系統(tǒng)軟件設(shè)計 圖5為系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖。具體步驟如下： （1）系統(tǒng)自動檢測單體電池的電壓、溫度和電流； （2）比較判斷，若總電流超過設(shè)定值，溫度高于環(huán)境溫度5℃，則斷開電源，報警電路動作； （3）主控芯片MCU將采集到的電壓數(shù)據(jù)進行處理，計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，則斷開電源，報警電路動作； （5）檢測超級電容電壓，若該電壓值低于設(shè)定電壓值則多功能開關(guān)K1閉合0.5S，蓄電池組對超級電容充電； （6）電動車啟動時，K2閉合K3斷開，當(dāng)超級電容電壓接近蓄電池電壓時切換到蓄電池供電； （7）電動車剎車時，剎車能量反饋裝置對超級電容充電。 4.總結(jié) 本文提出的電動車電池管理系統(tǒng)使電動車啟動性能有了改善，蓄電池組的利用率有所提高，同時解決了單體電池之間的不均衡問題，延長了電池的使用壽命，減少了電池更換的費用。 參考文獻： [1]張毅，楊林，李立明等.電動汽車無刷直流電動機的回饋制動控制[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，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，姚國興.風(fēng)光互補發(fā)電蓄電池超級電容器混合儲能研究[J].電力電子技術(shù),2010,(2):12-14. [4]楊春雷，劉志遠.一種電動汽車動力電池均衡控制方法和設(shè)計[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2011，45（8）：1186-1190.