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计算机控制汽车电池实验系统
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2017-11-29
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HEV动力蓄电池的管理一直是混合动力电动汽车HEV发展过程中的一个非常关键的问题［1］。有效的电池管理系统在提高蓄电池寿命的同时，可以及时准确地估计蓄电池的剩余容量，当电池出现不一致性时对电池进行均衡控制，保护蓄电池。现有电池均衡控制方案大多以电压均衡作为标准，低电压电池的充电电流变大些，高电压电池的充电电流变小些。以电压的差异来衡量电池容量进行均衡控制，在一定范围内能起到均衡的效果，但实际情况中，由于单个电池内部结构的差异，在放电过程中，各单个电池表现出的电压方差值可能不同，方差大的电池电压可能小，但剩余容量却大，以电压一致为均衡目标的系统不但没起到均衡作用，还造成不一致性现象加重。因此本论文提出基于电功率K值作为衡量电池差异的方法。
1 基于电功率的电池组均衡充放电控制策略
电池组充放点均衡控制原理示意图如图1所示。电池组由E1，E2……En 串联而成，电池组通过逆变器对电动机供电，发电机G电压通过AC/DC转换后，可向电池组充电，Kc为控制充电开关，DC/DC模块由电池组或者发电机提供能量，其输出电压为单体电池电压，对均衡器进行供电，均衡器由电池管理模块控制，能控制对单体电池均衡的能量值。
电池管理模块采集单体电池电压，电池组电流，温度值，计算出单体电池的电功率K值，并计算不均衡度，当检查到有某个电池Ei容量较低后，电池管理模块计算出相应的均衡力度，通过控制输出开关量Ki的占空比，调节均衡器对电池的均衡力度。
2 电池均衡控制实验系统
基于功能和成本考虑，电池单元模块采用AT89S51系列单片机，电池组管理系统采用AT89S8053系列单片机。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4 KB Flash片内程序存储器，128 B的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）［2］电路，片内时钟振荡器。
通过寄存器WMCON可以方便设置看门狗时钟周期（16~2 048 ms），以及对EEPROM进行读写操作。
1 基于电功率的电池组均衡充放电控制策略
电池组充放点均衡控制原理示意图如图1所示。电池组由E1，E2……En 串联而成，电池组通过逆变器对电动机供电，发电机G电压通过AC/DC转换后，可向电池组充电，Kc为控制充电开关，DC/DC模块由电池组或者发电机提供能量，其输出电压为单体电池电压，对均衡器进行供电，均衡器由电池管理模块控制，能控制对单体电池均衡的能量值。
电池管理模块采集单体电池电压，电池组电流，温度值，计算出单体电池的电功率K值，并计算不均衡度，当检查到有某个电池Ei容量较低后，电池管理模块计算出相应的均衡力度，通过控制输出开关量Ki的占空比，调节均衡器对电池的均衡力度。
2 电池均衡控制实验系统
基于功能和成本考虑，电池单元模块采用AT89S51系列单片机，电池组管理系统采用AT89S8053系列单片机。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4 KB Flash片内程序存储器，128 B的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）［2］电路，片内时钟振荡器。
通过寄存器WMCON可以方便设置看门狗时钟周期（16~2 048 ms），以及对EEPROM进行读写操作。
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