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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于PWM分流技術(shù)的分布式電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 蓄電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，有效監(jiān)控和管理電池是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。 本項(xiàng)目采用分布式結(jié)構(gòu)，為每節(jié)蓄電池配置一塊測試模塊，單片機(jī)內(nèi)置AD，可測試蓄電池端電壓和殼體溫度。上位監(jiān)測和顯示模塊通過隔離的485總線，帶站號逐一下發(fā)召喚命令，獲得單體電池電壓和溫度。在電池充電時(shí)，監(jiān)測和顯示模塊通過分析單體電池電壓差異，下發(fā)命令，通過測量模塊內(nèi)置的PWM分流電路，降低電壓偏高的單體電池的充電電流，不同的電池對應(yīng)不同的導(dǎo)通占空比，分流電路的分流量根據(jù)電池端電壓而動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)單體電池均衡充電，延長蓄電池使用壽命。
- 詳細(xì)介紹：
- 電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，有效監(jiān)控和管理電池是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。 為對汽車行駛中電池的剩余電量實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確估算，必須實(shí)現(xiàn)單體電池電壓和溫度的高精度測量。本次設(shè)計(jì)為每節(jié)電池配置一塊測試模塊，以單節(jié)電池作為其電源輸入，通過電路將電池電壓變換成單片機(jī)工作電壓，同時(shí)通過內(nèi)置AD測試出電池端電壓和電池殼體溫度。測試模塊通過跳線對應(yīng)唯一通訊站號，監(jiān)測和顯示模塊通過隔離的485總線，帶站號分別召喚每個(gè)測試模塊，獲得每節(jié)電池的數(shù)據(jù)。 監(jiān)測和顯示模塊召喚、顯示單體電池?cái)?shù)據(jù)，測量整組電池電壓和電池的充放電電流，進(jìn)行電池剩余電量估算，對駕駛員進(jìn)行語音和屏幕提示。在電池充電時(shí)，監(jiān)測和顯示通過分析單體電池電壓差異，下發(fā)命令，通過測量模塊內(nèi)置的PWM分流電路，降低電壓偏高的單體電池的充電電流，不同的電池對應(yīng)不同的導(dǎo)通占空比，分流電路的分流量根據(jù)電池端電壓而動(dòng)態(tài)調(diào)整。實(shí)現(xiàn)單體電池均衡充電。 上位后臺(tái)PC機(jī)運(yùn)行后臺(tái)軟件，可與監(jiān)測和顯示模塊通訊，獲得電池各項(xiàng)信息，可進(jìn)行數(shù)據(jù)保存、歷史記錄提取，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找出落后電池，為電池的維護(hù)提供有利的幫助。可根據(jù)不同電池組配置，修改和下發(fā)系統(tǒng)參數(shù)。 本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)是為每節(jié)蓄電池配置一塊測試模塊，單片機(jī)內(nèi)置AD，可測試蓄電池端電壓和殼體溫度。測試模塊通過跳線對應(yīng)唯一通訊站號，上位監(jiān)測和顯示模塊通過隔離的485總線，帶站號逐一下發(fā)召喚命令，獲得單體電池電壓和溫度。在電池充電時(shí)，監(jiān)測和顯示模塊通過分析單體電池電壓差異，下發(fā)命令，通過測量模塊內(nèi)置的PWM分流電路，降低電壓偏高的單體電池的充電電流，不同的電池對應(yīng)不同的導(dǎo)通占空比，分流電路的分流量根據(jù)電池端電壓而動(dòng)態(tài)調(diào)整。實(shí)現(xiàn)單體電池均衡充電。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品的發(fā)明目的：在完成基本的電動(dòng)汽車電池管理功能的基礎(chǔ)上，實(shí)施基于分布式結(jié)構(gòu)的PWM分流法，該方法是一種主動(dòng)的電壓調(diào)節(jié)方法，可同時(shí)對多節(jié)電池進(jìn)行不同分流控制，調(diào)整不同電池的端電壓，使各節(jié)電池充電電壓趨于一致，達(dá)到各節(jié)電池均衡充電的目的。 作品的基本思路和創(chuàng)新點(diǎn)：為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車電池的有效監(jiān)控和管理，本項(xiàng)目為每節(jié)電池配置一塊測試模塊，測試電池端電壓和殼體溫度。監(jiān)測和顯示模塊帶站號召喚測試模塊，獲得每節(jié)電池?cái)?shù)據(jù)；同時(shí)測量整組電池電壓和充放電電流，顯示電池各種信息，估算電池剩余電量，進(jìn)行語音和屏幕提示。電池充電時(shí)，分析單體電池電壓差異，通過測量模塊內(nèi)置的PWM分流電路，降低電壓偏高的電池充電電流，不同電池對應(yīng)不同導(dǎo)通占空比，分流電路分流量根據(jù)電池端電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整。 上位機(jī)軟件與監(jiān)測和顯示模塊通訊，獲得電池各項(xiàng)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)保存、分析，找出落后電池，并可根據(jù)不同電池組配置，修改和下發(fā)系統(tǒng)參數(shù)。 本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)是為每節(jié)電池配置一塊測試模塊，可測試電池端電壓和殼體溫度。上位監(jiān)測和顯示模塊通過485總線，下發(fā)召喚命令，獲得單體電池電壓和溫度。電池充電時(shí)，分析單體電池電壓差異，通過測量模塊內(nèi)置的PWM分流電路，降低電壓偏高的單體電池充電電流，不同電池對應(yīng)不同的導(dǎo)通占空比，分流電路的分流量根據(jù)電池端電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)單體電池均衡充電。 作品的技術(shù)關(guān)鍵：基于RS485總線的測試模塊與監(jiān)測和顯示模塊組網(wǎng)；PWM分流法主動(dòng)調(diào)節(jié)不同電池的端電壓，使各節(jié)電池充電電壓趨于一致，達(dá)到各節(jié)電池均衡充電目的。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 由于在電池組中每節(jié)電池的測量地均不同，造成單節(jié)電池電壓測量困難。目前通用的方式是在電池兩極引出采樣線，接入檢測裝置的接線端子，再經(jīng)過分壓處理，通過模擬開關(guān)逐節(jié)測量，結(jié)合前一節(jié)電池的電壓，計(jì)算對應(yīng)的單節(jié)電池端電壓，但該方式存在連接線多、誤差累積、數(shù)據(jù)刷新率低和擴(kuò)展性差的缺點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)采用分布式檢測方法，系統(tǒng)由若干測試模塊、監(jiān)測和顯示模塊和上位后臺(tái)PC機(jī)組成。該系統(tǒng)根據(jù)電池節(jié)數(shù)配置測試模塊數(shù)量，測試模塊實(shí)時(shí)檢測對應(yīng)電池的端電壓和殼體溫度，通過485總線與監(jiān)測和顯示模塊通訊，擴(kuò)展靈活，并實(shí)現(xiàn)電池信號的同步測量，數(shù)據(jù)刷新率高。監(jiān)測和顯示模塊接收測量模塊上傳信息，并實(shí)時(shí)檢測放電電流，根據(jù)電池電壓、電流和溫度對電池剩余電量進(jìn)行估算，通過液晶屏和語音，對駕駛員進(jìn)行信息提示。 為實(shí)現(xiàn)電池的完善管理，本次設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)對電池充電狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并通過新穎實(shí)用的PWM分流法，主動(dòng)調(diào)節(jié)各單體電池電壓，實(shí)現(xiàn)單體電池的均衡充電，可有效降低電池間的不一致性，延長電池組的壽命。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2008年10月以“分布式電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)”為名獲合肥工業(yè)大學(xué)第十一屆“斛兵杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段，已完成樣機(jī)．
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實(shí)物（樣機(jī)）
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 技術(shù)特點(diǎn)： 1）根據(jù)蓄電池?cái)?shù)配置測試模塊數(shù)量，配置靈活，通用性強(qiáng)； 2）PWM分流法主動(dòng)調(diào)節(jié)不同電池的端電壓，使各節(jié)電池的充電電壓趨于一致，達(dá)到各節(jié)電池均衡充電的目的，延長蓄電池組壽命。 市場前景： 目前蓄電池組是電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)屏頸，除了一次充電續(xù)程偏短外，電池壽命短造成維護(hù)費(fèi)用高是其在家用汽車領(lǐng)域發(fā)展的主要障礙。 傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)只是對電池的狀態(tài)進(jìn)行檢測，在發(fā)現(xiàn)電池異常狀態(tài)后進(jìn)行告警，是一種被動(dòng)的電池管理方式；基于PWM分流技術(shù)的分布式電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)，不但采用液晶屏和語音提示等先進(jìn)的人機(jī)交互方式替代簡易的電壓電流表，滿足人們對電動(dòng)汽車舒適性的要求，更對電池的充放電狀態(tài)進(jìn)行完善的監(jiān)測和主動(dòng)管理。其獨(dú)創(chuàng)的PWM分流技術(shù)更是對延長蓄電池組壽命大有幫助，可大大降低電動(dòng)汽車的使用成本，有助于推動(dòng)電動(dòng)汽車的家用化。 該系統(tǒng)同樣適用于電力系統(tǒng)和通信基站直流電源系統(tǒng)用蓄電池組，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)檢測和主動(dòng)維護(hù)的完善管理，通用性強(qiáng)，極具推廣應(yīng)用的價(jià)值。
同類課題研究水平概述
- 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車中一個(gè)越來越重要的關(guān)鍵部分，但即使是美國等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家，這方面的研制工作也不完善。我國在這方面的研究還剛剛起步，但隨著電動(dòng)汽車開發(fā)的升溫，我國對電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的重視程度也不斷提高，國家“863”計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)課題和國家高技術(shù)研究發(fā)展技術(shù)都對電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的研究進(jìn)行了資助。 目前對電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的基本功能已達(dá)成共識，即檢測整組電池電壓、電池電流、單體電池電壓和溫度，對電池過充、過放和溫度異常進(jìn)行報(bào)警。并在汽車行駛過程中根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)對電池組的荷電狀態(tài)進(jìn)行在線估算。 由于電池組是電池串聯(lián)而成，單體電池電壓的測量面臨各節(jié)電池測量基準(zhǔn)地不同的問題，從查閱的文獻(xiàn)來看，雖然解決的方法很多，但都是分時(shí)采集單體電池電壓，即巡檢方式，所面臨的共同問題即電壓檢測不是同步采樣，對電量估算的準(zhǔn)確性影響取決于多路開關(guān)的轉(zhuǎn)換速度。 電池在使用過程中，其性能變化情況各異。不但放電時(shí)端電壓下降速度不同，在充電時(shí)端電壓上升速度也不同，往往出現(xiàn)某節(jié)電池電壓已達(dá)充電上限，而另一節(jié)電池電壓仍在較低水平。因此在充電過程中對各節(jié)電池實(shí)現(xiàn)均衡充電也是電池管理系統(tǒng)應(yīng)具備的一個(gè)功能，但目前無論是文獻(xiàn)還是實(shí)際產(chǎn)品，或者缺乏行之有效的方法，或者由于電路復(fù)雜、成本太高，難以產(chǎn)品化。 對于汽車行駛過程中電池剩余電量的估算，有多種算法，但由于電池內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理的復(fù)雜性和狀態(tài)的不確定性，目前尚無一種十分準(zhǔn)確的成熟算法。 而由于電動(dòng)汽車用電池種類不同，目前尚無通用的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)，現(xiàn)有的產(chǎn)品也是電動(dòng)汽車生產(chǎn)廠家根據(jù)自家用電池進(jìn)行配套開發(fā)，技術(shù)水平良莠不齊。 本次設(shè)計(jì)旨在對單體電池?cái)?shù)據(jù)采樣方法和實(shí)現(xiàn)均衡充電方面進(jìn)行改進(jìn)，并對剩余電量的算法進(jìn)行探討。
