基本信息
- 項目名稱：
- 基于PWM分流技術的分布式電動汽車電池管理系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 蓄電池是電動汽車的動力源，有效監(jiān)控和管理電池是電動汽車的關鍵技術之一。 本項目采用分布式結構，為每節(jié)蓄電池配置一塊測試模塊，單片機內置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，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，不同的電池對應不同的導通占空比，分流電路的分流量根據電池端電壓而動態(tài)調整，實現單體電池均衡充電，延長蓄電池使用壽命。
- 詳細介紹：
- 電池是電動汽車的動力源，有效監(jiān)控和管理電池是電動汽車的關鍵技術之一。 為對汽車行駛中電池的剩余電量實現準確估算，必須實現單體電池電壓和溫度的高精度測量。本次設計為每節(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工作電壓，同時通過內置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測試模塊，獲得每節(jié)電池的數據。 監(jiān)測和顯示模塊召喚、顯示單體電池數據，測量整組電池電壓和電池的充放電電流，進行電池剩余電量估算，對駕駛員進行語音和屏幕提示。在電池充電時，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，不同的電池對應不同的導通占空比，分流電路的分流量根據電池端電壓而動態(tài)調整。實現單體電池均衡充電。 上位后臺PC機運行后臺軟件，可與監(jiān)測和顯示模塊通訊，獲得電池各項信息，可進行數據保存、歷史記錄提取，并進行數據分析，找出落后電池，為電池的維護提供有利的幫助?？筛鶕煌姵亟M配置，修改和下發(fā)系統(tǒng)參數。 本發(fā)明創(chuàng)新點是為每節(jié)蓄電池配置一塊測試模塊，單片機內置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，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，不同的電池對應不同的導通占空比，分流電路的分流量根據電池端電壓而動態(tài)調整。實現單體電池均衡充電。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品的發(fā)明目的：在完成基本的電動汽車電池管理功能的基礎上，實施基于分布式結構的PWM分流法，該方法是一種主動的電壓調節(jié)方法，可同時對多節(jié)電池進行不同分流控制，調整不同電池的端電壓，使各節(jié)電池充電電壓趨于一致，達到各節(jié)電池均衡充電的目的。 作品的基本思路和創(chuàng)新點：為實現電動汽車電池的有效監(jiān)控和管理，本項目為每節(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)電池數據；同時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，進行語音和屏幕提示。電池充電時，分析單體電池電壓差異，通過測量模塊內置的PWM分流電路，降低電壓偏高的電池充電電流，不同電池對應不同導通占空比，分流電路分流量根據電池端電壓動態(tài)調整。 上位機軟件與監(jiān)測和顯示模塊通訊，獲得電池各項信息，進行數據保存、分析，找出落后電池，并可根據不同電池組配置，修改和下發(fā)系統(tǒng)參數。 本發(fā)明創(chuàng)新點是為每節(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，分析單體電池電壓差異，通過測量模塊內置的PWM分流電路，降低電壓偏高的單體電池充電電流，不同電池對應不同的導通占空比，分流電路的分流量根據電池端電壓動態(tài)調整，實現單體電池均衡充電。 作品的技術關鍵：基于RS485總線的測試模塊與監(jiān)測和顯示模塊組網；PWM分流法主動調節(jié)不同電池的端電壓，使各節(jié)電池充電電壓趨于一致，達到各節(jié)電池均衡充電目的。
科學性、先進性
- 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，再經過分壓處理，通過模擬開關逐節(jié)測量，結合前一節(jié)電池的電壓，計算對應的單節(jié)電池端電壓，但該方式存在連接線多、誤差累積、數據刷新率低和擴展性差的缺點。 本次設計的電池管理系統(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PC機組成。該系統(tǒng)根據電池節(jié)數配置測試模塊數量，測試模塊實時檢測對應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，擴展靈活，并實現電池信號的同步測量，數據刷新率高。監(jiān)測和顯示模塊接收測量模塊上傳信息，并實時檢測放電電流，根據電池電壓、電流和溫度對電池剩余電量進行估算，通過液晶屏和語音，對駕駛員進行信息提示。 為實現電池的完善管理，本次設計的電池管理系統(tǒng)對電池充電狀態(tài)進行監(jiān)測，并通過新穎實用的PWM分流法，主動調節(jié)各單體電池電壓，實現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。
獲獎情況及鑒定結果
- 2008年10月以“分布式電動汽車能量管理系統(tǒng)”為名獲合肥工業(yè)大學第十一屆“斛兵杯”大學生課外學術科技作品特等獎
作品所處階段
- 實驗室階段，已完成樣機．
技術轉讓方式
作品可展示的形式
- 實物（樣機）
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 技術特點： 1）根據蓄電池數配置測試模塊數量，配置靈活，通用性強； 2）PWM分流法主動調節(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汽車發(fā)展的一個屏頸，除了一次充電續(xù)程偏短外，電池壽命短造成維護費用高是其在家用汽車領域發(fā)展的主要障礙。 傳統(tǒng)的電動汽車電池管理系統(tǒng)只是對電池的狀態(tài)進行檢測，在發(fā)現電池異常狀態(tài)后進行告警，是一種被動的電池管理方式；基于PWM分流技術的分布式電動汽車電池管理系統(tǒng)，不但采用液晶屏和語音提示等先進的人機交互方式替代簡易的電壓電流表，滿足人們對電動汽車舒適性的要求，更對電池的充放電狀態(tài)進行完善的監(jiān)測和主動管理。其獨創(chuàng)的PWM分流技術更是對延長蓄電池組壽命大有幫助，可大大降低電動汽車的使用成本，有助于推動電動汽車的家用化。 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，實現被動檢測和主動維護的完善管理，通用性強，極具推廣應用的價值。
同類課題研究水平概述
- 電動汽車電池管理系統(tǒng)是電動汽車中一個越來越重要的關鍵部分，但即使是美國等汽車工業(yè)發(fā)達國家，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，但隨著電動汽車開發(fā)的升溫，我國對電動汽車電池管理系統(tǒng)的重視程度也不斷提高，國家“863”計劃電動汽車重大專項課題和國家高技術研究發(fā)展技術都對電動汽車電池管理系統(tǒng)的研究進行了資助。 目前對電動汽車電池管理系統(tǒng)的基本功能已達成共識，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、過放和溫度異常進行報警。并在汽車行駛過程中根據檢測到的數據對電池組的荷電狀態(tài)進行在線估算。 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)電池測量基準地不同的問題，從查閱的文獻來看，雖然解決的方法很多，但都是分時采集單體電池電壓，即巡檢方式，所面臨的共同問題即電壓檢測不是同步采樣，對電量估算的準確性影響取決于多路開關的轉換速度。 電池在使用過程中，其性能變化情況各異。不但放電時端電壓下降速度不同，在充電時端電壓上升速度也不同，往往出現某節(jié)電池電壓已達充電上限，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)電池實現均衡充電也是電池管理系統(tǒng)應具備的一個功能，但目前無論是文獻還是實際產品，或者缺乏行之有效的方法，或者由于電路復雜、成本太高，難以產品化。 對于汽車行駛過程中電池剩余電量的估算，有多種算法，但由于電池內部運行機理的復雜性和狀態(tài)的不確定性，目前尚無一種十分準確的成熟算法。 而由于電動汽車用電池種類不同，目前尚無通用的電動汽車電池管理系統(tǒng)，現有的產品也是電動汽車生產廠家根據自家用電池進行配套開發(fā)，技術水平良莠不齊。 本次設計旨在對單體電池數據采樣方法和實現均衡充電方面進行改進，并對剩余電量的算法進行探討。
