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智能型的铅酸蓄电池管理系统.pdf

智能型的铅酸蓄电池管理系统.pdf

上传者: 德们 2013-01-09 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《智能型的铅酸蓄电池管理系统pdf》,可适用于工程科技领域,主题内容包含智铭型的铅酸蓄电池管理系统华侨大学钱江凌朝东关键词铅酸蓄电池MBF智能功率模块引言铅酸蓄电池行业与电力、交通、信息等产业发展息息相关在汽车、叉车等运符等。

智铭型的铅酸蓄电池管理系统华侨大学钱江凌朝东关键词铅酸蓄电池MBF智能功率模块引言铅酸蓄电池行业与电力、交通、信息等产业发展息息相关在汽车、叉车等运输工具和大型不问断供电电源系统中处于控制地位是社会生产经营活动和人类生活中不可或缺的。我国蓄电池行业规模相当庞大应用也非常广泛鉴于铅酸蓄电池的使用不当带来的问题(如硫化、容量减小、使用寿命缩短等)实现蓄电池的智能化管理显得非常必要而国内目前应用于该领域的嵌入式系统产品很少。本设计利用位微控制器MBF来实现对铅酸蓄电池的智能管理包括电池的充放电监测控制、电池容量检测及显示与报警等从而有效地实现对铅酸蓄电池系统的智能化管理提高了蓄电池的使用寿命降低了维护成本。系统概述本设计充分利用MBF的特点实现对蓄电池电压、电流及温度的实时在线监测。智能控制系统的充放电过程可以显示蓄电池的电量对不正确的、或对电池寿命有较大损害的使用状况予以控制和报警提示可以在电池需要充电时提醒用户及时充电或者切换备用电源防止过充过放等。为实现对铅酸蓄电池的智能化管理系统通过实时对蓄电池的动态参数进行自动修正来获得准确的计算依据从而计算出准确的电量和蓄电池的状态信息并取得蓄电池的充电参数。本文设计的蓄电池管理系统主要有以下几个功能:实时监测蓄电池的温度通过温度及其他参数来计算蓄电池的充放电参数避免因使用不当或蓄电池温度过高等因素缩短蓄电池的寿命。实时监测蓄电池的端电压和电流若发现电池容量小于警戒阈值即提醒充电或自动切换备用电池。能通过对参数的分析计算出蓄电池的剩余容量并通过数码管实时显示出来。系统能够自动修正蓄电池的内部参数来适应因使用给蓄电池带来的一些变化还能通过控制充放电电路获得更好的充电效果。本系统结构如图所示。I勰同瓜勰lⅧ憾输入出拧圈系统结构框图系统硬件设计.系统控制核心本系统在设计上采用FMC一FX系列单片机MBF作为系统的控制核心。MBF在系统中不仅要实时监测蓄电池的电流、电压、温度等参数以及系统运行状态还必须根据所采集到的数据进行处理并对充电控制模块输出控制信号以实现对蓄电池系统的智能管理同时还负责实现按键控制和系统状态输出显示。Fujitsu公司的MBF采用的是.p.m低漏电工艺技术掩膜产品可以在.V和lpA的低耗电工作模式《丰‘}机城入jl:彖诧应固》I囫蟹l爵匿锄advmesnet.corn.cn(F告专用)万方数据(时钟模式)下运行流水线总线架构可提供双倍执行速度最小指令周期为.ns。它在具备快速处理和低耗电特性的同时配有丰富的定时器集成个通道的/位可选A/D转换器可以方便地应用于系统中对电压、电流的采集。双操作闪存也是FMC一FX系列位微控制器的特点之一当一个程序在一个存储区中运行时可以在另一个存储区中完成重写从而减少外部存储器零件的数量来缩小电路板的表面积。另外LVD(低电压检测)以及CSV(时钟监视器)功能可以提高系统的稳定性和可靠性。.电源电路设计本系统中为了增强系统应用的灵活性系统电源取自于被管理的蓄电池。为此必须采用DCDC模块进行隔离。由于选用的DCmDC模块要求输入电压V因此系统管理的蓄电池必须是节以上标称为V的电池组否则就需要另外设计电源电路为了增强系统的可靠性系统可以设置一个V的电池盒用于备用电池一旦取自蓄电池的电源出现故障系统仍能照常运行。系统电源电路原理图如图所示。俅I砬翌lV.mYourBa一哗辛{=:一白一胁D一、^“圈系统电源电路原理图.电流电压采集电路监测的对象主要是电池组的电压和电流。电压由分压精密电阻取得经过相应的放大后送至单片机的A/D口。蓄电池的充放电流经过.Q采样电阻采样、放大然后送至单片机的A/D端口P。对蓄电池进行检测的关键在于对电压采样的精确程度因而采样电路设计得是否适当对整个系统至关重要。由于MBF内嵌的A/D转换器可以工作于V基准电压下故采用图所示的电流电压采集电路。该电路的最大好处是不但可以保证VCC图电流电压采集电路采样值能随蓄电池端电压的变化相应地实时变化而且能够使数据更加准确、可靠。该电路为典型的线性电路根据运算放大器的特性可计算出经过采样电路后的输出电压为.QJ。.参数存储模块在系统投入工作前要进行参数(如产品序列、零点调整、蓄电池标准电压等)的设置系统将这些参数写入EEPROM中。为了减少读/写EEPROM的次数在系统开机时将数据从EEPROM中读出保存在单片机的RAM中。EEPROM的主要功能是参数数据的保存与定量备份主要用来存储一些系统运行参数如计算蓄电池电量的参考数据、修正系数等。本系统采用的是具有Kb容量的EEPROMATC。该芯片是采用C总线协议的串行EEPROM可在无电源状态下长期、可靠地存储系统内重要数据工作寿命可达万次。C总线极大地方便了系统的设计无须设计总线接口且有助于缩小系统的PCB面积和降低复杂度。.温度采集模块设计本设计采用美国Dallas公司生产的DSl单总线数字式智能型温度传感器直接将温度物理量转化为数字信号并以总线方式传送到控制器进行数据处理。DSl对于实测的温度提供了~位的数据和报警温度寄存器测温范围为一~其中在一~t的范围内测最精度为.。此传感器可适用于各种领域、各种环境的自动化测量及控制系统具有微型化、功耗低、性能高、抗干扰能力强、易配微处理器等优点。此外每一个DSl有唯一的系列号因此多个DSl可以存在于同一条单线总线上给应用带来了极大的方便。测温电路设计如图所示。系统采用热传导的粘合剂将器件粘附在蓄电池表面上管芯温度与表面温度之差大约在.之内。当环境空气温度与被测量的蓄电池温度不同时应将器件的背面和引线与空气隔离。接地引脚是通向管芯的最主要的热量路径必须保证接地引脚也与被测温的蓄电池有良好的热接触。V其他单总线器件TMBF口蚴I/oT几.J一TJ图温度采集电路.可控充放电模块该模块是实际设计中的硬件难点。它与外电网相连对车载电池进行充电能根据控制电路发出的指令或标志位实现对蓄电池分阶段以不同电流充电且有自动断电的功能可实现智能充电。本系统主要是针对电动车蓄电池组进papermesnet.com.cn(投稿专用)圄哑整鬣a口团Mi。似ⅢrsEmb。ddedSy。。。。万方数据行管理用于给蓄电池组充电的电流都比较大。为此选择了基于IGBT的智能功率模块(IntelligentPowerModuleIPM)进行大电流充放电管理。IPM是先进的混合集成功率器件由高速、低功耗的IGBT和驱动电路及保护电路构成内有过电压、过电流、短路和过热等故障检测电路具有自动保护功能。蓄电池充放电主回路如图所示。图中Q和Q集成在一个IPM中。Q打开时给蓄电池组充电Ql打开时蓄电池组通过R放电蓄电池组给负载供电时Ql、Q均闭合。为改善功率开关器件的工作状态主电路中采用了软开关技术。在采用大电流执行系统初始化程序从EEPROM中读取上次运行得到的参数。然后开始读取温度传感器中的数据以获取当前系统温度再调用A/D采样子程序以获取位精度的电压电流信号数据。经过处理可以得到最终的蓄电池运行状态根据不同的状态进行各自的处理程序并将状态数据输出到数码管显示。系统在运行时将根据已有的数据和监测到的数据自动对参数进行修正以准确地反映蓄电池的内部参数实现系统管理的智能化。叫唪垴P.竺型墨塑磊莉厕图蓄电池充放电主回路正常工作状态报警状态充电的情况下由于长时间对蓄电池组进行充电电荷堆积于电池电极上而产生反向电压实际上表现为电池内阻的增加不但蓄电池中的有效化学物质不能完全参加化学反应降低了蓄电池组容造的利用率而且还会引起蓄电池组的严重发热从而影响充电速度与质量。继而影响蓄电池组的性能和寿命。消除它的有效方法是采用负脉冲方法:在电池两端瞬间放电去除电极上堆积的电荷从而改变蓄电池固有的指数曲线形式的充电接受特性提高电池的受电能力。为此采用了“充一停一放一充一停一放”循环充电的充电策略。其脉冲充电特性如图所示时间参数由蓄电池的参数决定。图蓄电池脉冲充电时序.电量及状态输出指示和报警模块为降低系统复杂度及成本本设计采用个段数码管来显示系统状态。可以进行简单的参数设定实时显示状态、温度等数据以实现较好的人机交互。本设计采用在软件上对输入进行消抖处理的方案并对按键状态进行连续的判断处理直到按键松开为止然后才执行相应的处理程序。数据显示采用位段数码管动态显示方式使用HC锁存动态显示数据。本设计巧妙地将按键输入与动态硅示数位选择端口共用从而减少了单片机端口的应用达到了系统优化及降低产品成本的目的。报警采用的是蜂鸣器。系统软件设计本系统软件设计流程如图所示。系统启动后立即ii充电状态i司嘲廨图系统软件设计流程结语本系统采用MBF作为控制器充分利用了其外围接口多、功能强、集成高精度A/D转换器、操作方便、实际成本低以及便于系统模块化和小型化的优点。系统可以实时、准确地监测蓄电池的状态和显示蓄电池的电量在电量不足时能够自动切换电源系统以实行自我保护。参数数据的更新依据是经过多次实验、对实测参数进行比较和运算的结果通过实验剩余电量计算值较未更新参数时更接近实际值。实践证明该智能型铅酸蓄电池管理系统智能化程度高、测最准确能及时发现并控制对蓄电池的不当使用提供自我保护并能够准确地判断系统的运行状态不仅大大提高了被供电系统的稳定性而且有助于提高蓄电池的使用寿命和效率。E参考文献费万民张艳莉解红军.蓄电池管理系统及其实现J.电力自动化设备().孙逢春张承宁郭海涛.电动汽车电池管理系统和剩余容量计研究J.北京理工大学学报().袁方伟陈思忠.电动汽车电池管理系统的研究lJ.汽车研究与开发().朱松然.铅蓄电池技术M.北京:机械工业出版社.宋海斌常越.基于TMSFA的蓄电池管理系统的设计J.低压电器().钱江(硕士研究生)研究方向为集成全功能系统、FPGA设计与应用、嵌入式系统凌朝东(副教授)主要从事微电子、集成电路、FPGA的设计研究。(收稿日期:)《丰哼机舶入式系碗应固》I囫堕誓蛋臣嘲adv(园mesnet.co玎Lcn(广告专用)万方数据智能型的铅酸蓄电池管理系统作者:钱江凌朝东QianJiangLingChaodong作者单位:华侨大学刊名:单片机与嵌入式系统应用英文刊名:MICROCONTROLLERSEMBEDDEDSYSTEMS年卷(期):()被引用次数:次参考文献(条)宋海斌常越基于TMSFA的蓄电池管理系统的设计期刊论文低压电器()朱松然铅蓄电池技术袁方伟陈思忠电动汽车电池管理系统的研究期刊论文汽车研究与开发()孙逢春张承宁郭海涛电动汽车电池管理系统和剩余容量计研究()费万民张艳莉解红军蓄电池管理系统及其实现期刊论文电力自动化设备()本文读者也读过(条)费万民张艳莉解红军蓄电池管理系统及其实现期刊论文电力自动化设备,()王晓峰姜久春王云艳WangXiaofengJiangJiuchunWangYunyan远程蓄电池管理系统开发期刊论文国外电子测量技术,()马景川王大志王克难MAJingchuanWANGDazhiWANGKenan基于DSP的电动汽车蓄电池管理系统期刊论文沈阳理工大学学报,()肖宾基于ARM的蓄电池管理系统设计与实现学位论文叶俊基于ISAD混合动力汽车蓄电池管理系统的硬件设计期刊论文科教导刊()吴楠基于PCRDFN单片机的CAN总线蓄电池管理系统期刊论文黑龙江科技信息()韩团军HANTuanjun基于神经网络的铅酸蓄电池剩余容量预测期刊论文陕西理工学院学报(自然科学版),()引证文献(条)李建海刘迪王冬梅电池温度智能监测系统设计期刊论文现代电子技术()本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicaldpjyqrsxtyyaspx

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