前言:
众所周知,新能源汽车已经成为了当前汽车行业发展的一个新热点,而且新能源汽车相关的技术也成为各国研究的重点。作为新能源汽车的重要系统:动力电池系统已成为决定新能源汽车性能的关键系统。对动力电池在使用过程的参数变化的监控、动力电池性能的预测与控制是目前新能源电动汽车的重要研究内容之一。
电动汽车中电池的监控管理作为其中一个子系统,但是它能否安全可靠地工
作是其它子系统安全工作的保证。对电池的监控,当能即时发现电池容量不匹配,
进行单体电池之间的容量平衡;对电池故障判断,应即时剔除性能降低的电池和坏电池,以延长电池组的使用寿命。所以这个子系统是电动汽车中必不可少的组成部分。
一.国内外发展现状
国外:随着石油的枯竭和人们环保意识的提高,现在世界各国都在大力地发展电动汽车,发展新能源汽车,实现汽车动力系统的新能源化,推动传统汽车的转型,已经达成了国际共识,美国、德国以及日本的许多的汽车生产商都在给汽车装配上电池管理系统,各国研究人员也正在加大对电池管理系统的研究,同时取得了很好的成果。例如,日本青森工业研究中心从1997年开始至今,仍在持续进行电池管理系统实际应用的研究;美国Villanova大学和USNanocorp公司已经合作多年对各种类型的电池SOC进行基于模糊逻辑的预测;丰田、本田以及通用汽车公司等都把电池管理系统纳入技术开发的重点。美国密歇根州立大学机械工程系SACHIN BHIDE教授和TAEHYUN SHIM教授,通过基于AEMsim仿真的方法提出了改进的电池等效电路模型,该模型结合电池等效电路和电池温度变化趋势,通过分析电池在不同温度下电压变化规律,同时还加入电池功率因数的影响对电池模型的准确性进行了进一步的修正。但是该模型仅适用于不同温度和固定放电率下,对于放电电流发生变化的情况不适用。日本丰田公司研究出的混合动力电动汽车 Prius 装配了先进的电池管理系统,此电池管理系统存在了热管理的功能,这就可能使动力电池工作于较理想的温度之下进一步提高电池的性能。澳大利亚科学与工业研究组织研制了一种“灵巧测试仪”,用微处理器检测电池的开路电压、短路电流、硫酸化、充电状态和电池温度等状况,再用特定算法对有关结果和数据进行计算,即可确定电池的预期寿命状况。
国内:目前我国对于电池管理监控系统的研究力度正在加大,同时投入了很多的人力、物力和财力,在十五期间设立电动汽车重大专门研究项目,经过几年的发展之后,在电池管理系统方面取得很大的突破,与国外水平也较为接近。在国家863计划2005年第一批立项研究课题中,就分别有北京理工大学承担的EQ7200HEV混合动力轿车用镍氢动力电池组及管理模块、湖南神舟公司承担的EQ6110HEV混合动力城市公交车用大功率镍氢动力电池及其管理模块、苏州星恒电源有限公司承担的燃料电池轿车用高功率型锂离子动力电池组及其管理系统、北京有色金属总院承担的解放牌混合动力城市客车用锂离子电池及管理模块等课题。此外还有清华大学、同济大学等承担的多能源动力总成控制系统和DC/DC变换器等一大批相关课题。但是也主要体现在实验室的仿真研究和测试阶段,要大规模地投入产业化还需要一定的时间。北京交通大学对铅酸蓄电池开发了相应的电池管理系统,它主要的成果在于用智能的神经网络方法对电池的荷电状态进行了估算,实验结果表明了该神经网络算法的有效性。河北工业大学的赵晓群老师及他的学生研究了碱猛电池在线的质量检测,他们研究了四个参数:开路电压、负载电压、短路电流、电池重量,该设备检测参数多样化,精度高,得到了良好的效果。而燕山大学于忠海老师也设计了碱猛电池自动检测分选机。他们都提出了对电池进行开路电压和短路电流的自动检测,克服了人工检测的缺点。但是测量精度一般。
- 基于K60的电动汽车动力电池监控系统的设计
动力电池是电动汽车的关键,它能否安全地工作是其他子系统工作的保障,同时它也决定电动汽车的续行里程和成本。设计电动汽车时,对于动力电池的选用需考虑安全性、比能量、比功率、使用寿命、能量转换效率等因素。而电池性能监控系统便是可以将动力电池作用最大化,使电池处于最佳工作状态的电池性能监控单元。
随着计算机技术的发展,单片机在控制系统中得到了广泛应用。单片机具有集成度高、速度快、控制性强、性价比高等优点,目前单片机渗透到我们各行各业中,大到导弹的导航装置,地雷装置,飞机上的各类仪表装置的控制,工业自动化过程中的控制以及数据的处理。
通过k60单片机数据采集及通讯技术,设计开发动力电池组的电压、温度等信号的实时采集和监控,为动力电池SOC算法提供输入数据。设计出电路原理图,并进行PCB的绘制与实物的焊接、调试过程。针对设计出的硬件,给出详细的软件流程图,并进行软件的开发与调试。
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