单体电动车蓄电池管理系统
|
摘要
电动车自行车由于使用清洁能源——电能驱动，有省力、方便等优点，市场需求呈上升趋势。但由于关键部分—蓄电池的缺陷，使其进入一个进退维谷的状态，目前研究重点是充分使用蓄电池，提高它的寿命。
本文分析不一致性对蓄电池使用过程中的影响，试验验证不一致性随着使用次数的增加而增大，造成在充电过程中，充电不均衡，容量未充足的电池在放电中过放电，造成了恶性循环，缩短蓄电池的寿命。本文改进了电动车控制器的控制策略并采用多功能单片机设计嵌入式蓄电池单体管理系统。设计了对单体电压、电流及温度的检测电路。通过对单体蓄电池充放电的管理，试验证明充分地保护了蓄电池，这个研究有利于延长蓄电池的使用循环次数，具有很高的应用价值。
Electric vehicles have many advantage ,such as labor save and easy to use .So it's very popular .But the users complain the batteries run out soon ,and unwilling to buy new one. It's important to find out the real factor that shorten the lift time .
Traditional management of the batteries is based on the assumption that all cells in a battery are identical . This however , is not a correct assumption . A battery will never be stronger than the weakest cell. If one cell fails, The whole battery fails. With use the normal battery management system ,the difference between cells enlarge.
It 's recommend that a cell management system which embedded a powerful microchip to manage the charge and discharge of cell will solve this problem well. It proved that the cell management system can prolong the battery life time and save the money .It also pointed out the controller of electric vehicles have much limitation, and design a new strategy to avoid this problem.
本文分析不一致性对蓄电池使用过程中的影响，试验验证不一致性随着使用次数的增加而增大，造成在充电过程中，充电不均衡，容量未充足的电池在放电中过放电，造成了恶性循环，缩短蓄电池的寿命。本文改进了电动车控制器的控制策略并采用多功能单片机设计嵌入式蓄电池单体管理系统。设计了对单体电压、电流及温度的检测电路。通过对单体蓄电池充放电的管理，试验证明充分地保护了蓄电池，这个研究有利于延长蓄电池的使用循环次数，具有很高的应用价值。
Electric vehicles have many advantage ,such as labor save and easy to use .So it's very popular .But the users complain the batteries run out soon ,and unwilling to buy new one. It's important to find out the real factor that shorten the lift time .
Traditional management of the batteries is based on the assumption that all cells in a battery are identical . This however , is not a correct assumption . A battery will never be stronger than the weakest cell. If one cell fails, The whole battery fails. With use the normal battery management system ,the difference between cells enlarge.
It 's recommend that a cell management system which embedded a powerful microchip to manage the charge and discharge of cell will solve this problem well. It proved that the cell management system can prolong the battery life time and save the money .It also pointed out the controller of electric vehicles have much limitation, and design a new strategy to avoid this problem.
引文
[1] 徐品弟，柳厚田．铅酸蓄电池-基础理论和工艺原理[M]．上海科学技术文献出版社，1996．
[2] 朱松然．蓄电池手册[M]．天津大学出版社，1998．
[3] 朱小同，赵桂先．蓄电池快速充电的原理与实践[M]．北京煤炭工业出版社，1996．
[4] Wakefield Ernest H．电动汽车发展史[M]．北京理工大学出版社，1998．
[5] 陈启舜，赵廷政，孙全良等编．大站电源屏[M]．中国铁道出版社1991年7月．
[6] 陈体衔，甑春花．VRLA蓄电池变电流间歇快速充电方法[J]．蓄电池，1999，1：6-8．
[7] 桂长清．电动车用铅酸蓄电池的快速充电[J]．蓄电池．
[8] 胡信国，阎智刚，章宁琳等．国外电动车电池的发展近况[J] 电池，2001．31(3)：138-141．
[9] 王震坡，孙逢春．电动汽车电池组连接可靠性及不一致性研究[J] 车辆与动力技术，2002，88(4)，11-15．
[10] 麻友良，陈全世．铅酸电池的不一致性与均衡充电的研究[J] 武汉科技大学学报(自然科学版)2001，24(1)，48-51．
[11] 王蛲．电动车一致性配组技术[J] 电器工业、电动自行车专题2002(6)15-17．
[12] 毕道治．结合国情加速开发电动汽车[J]．电源技术1996，20(8)：139-142．
[13] 闰智刚，唐民洪，张绍辉．电动自行车用铅酸动力电池的发展状况[J]．蓄电池2002，3，97-102．
[14] 许路，朱平平，江建中．电动自行车及其关键技术的进展和应用[J]．电世界，2001，10．
[15] 张晓冬．国内外蓄电池监测系统的现状及发展趋势农机化研究[J]．2002，3，18-19．
[16] 廖增宁，王少全，张建兵．一种蓄电池管理系统[J]．专利号00244445．3．
[17] 郭亮．电动车用蓄电池充电技术的进展[J]．电池2002．32(4)．245-246．
[18] 刘孝伟，周明明，周龙瑞．电动自行车用铅蓄电池充电器的研究[J]，蓄电池，2001，2，27-29．
[19] 张五一，陈旭．备用电源系统的蓄电池在线监测仪[J] 郑州纺织工学院学报2001，12(2)，70-73．
[20] 曾巍，唐海波，韩伟等．电动汽车用动力电池性能检测系统[J]．2001，25(1)，35-39．
[20] 陈家胜．电动自行车充电器自动检测系统设计[J]．工业仪表与自动化装置2002，5，38-40，49
[21] 朱巨军，蒋德安，劳力云．二次电池检测系统的研制[J]．电测和仪表．1998，3，24-27．
[22] 刘希禹．阀控铅酸蓄电池的监控和故障预测[J]．电信科学．2000，9，25-29．
[23] 陈家胜．电动自行车充电器自动检测系统设计[J]．工业仪表与自动化装置．2002，5．
[24] 徐俊丽，冯子娟，王万军．电动自行车电特性项目的检测[J]．
[25] 叶滨，韩伟，李来水等．动力电池(组)自动检测系统[J]．制造业自动化．
[26] 扬明，狄卫国，段淑凤．数字滤波技术及其在电池检测系统中的应用[J]．现代电子技术2003，148(5)：98-99．
[27] 李国华，张新国，焦彦军．蓄电池内阻检测[J]．电力自动化设备．2003，3，23(3)．
[28] 朱巨军，蒋德安．二次电池检测系统的研制[J]．电测与仪表，1998．3．
[29] 白明，郝庭住．可充电电池动态参数测试系统[J]．天津工业大学学报．2002．1．
[30] 李立伟，邹积岩．蓄电池在线监测系统的设计与实现[J]．电工技术杂．2002年第11期，7-9．
[31] 董秀成，魏金成．蓄电池组微机自动监测系统[J]．四川工业学院学报1999，2：1-3．
[32] 扫描苏城电动自行车，苏州日报社．
[33] 自行车工业概况．中国轻工业商务网——自行车网 2003，7，29．
[34] 海口封杀电动自行车调查：污染环境存在安全隐患中国经济时报．2003，10，13．
[35] WWW. ZLGMCU. COM.
[36] 罗光毅．蓄电池智能管理系统．20030318．
[37] 陈航．电力电子技术在蓄电池充电中的应用．19980200．
[38] 严宏明．通信用阀控式密封铅酸蓄电池容量检测研究．19971200．
[39] 潘尚智．阀控式铅酸蓄电池管理系统．20010311．
[40] 宋志华．高功率因素充电器研制．19990201．
[41] 杨潮．免维护铅酸蓄电池管理系统．19990206．
[42] Tomohiko Ikeya,Nobuyuki Sawada, Sakae Takagi, et al. Multi-step constant-current charging methods for electric vehicle valve-regulated lead acid batteries during night time for load-leveling[J]. J Power Sources, 1998, 75 : 101—107.
[43] Pavlov D, PeTkova G. Influence of fast charge on the life cycle of positive lead acid battery plates[J]. J Power Sources,2000, 87: 39.
[44] Laml, Ozgun H. Pulsed current charging of lead/acid batteries-a possible means for overcoming premature capacity loss[J]. J Power Sources, 1995. 53:215-228.
[45] Sung Chul Kim, Won Hi Hong. Fast-charging of a lead-acid cell: effect of rest period and depolarization pulse[J]. J Power Sources, 2000,89:93-101. 1998. 4: 13-17.
[46] Yonglang Guo, Groiss R. Rate-determining step investigations of oxidation processes at the positive plate during pulse charge of valve-regulated lead-acid batteries[J]. J Electrochemical society,1999. 146(11):3949-3957.
[47] Yi Ding, Detector for rapid chargeing and method[P],US Patent;6229285, 2001-05-08.
[48] Einar Gotaas,Arne Nettum ,Dag S.Bakken .Single cell battery Management System(BMS),IEEE 2000,695-702.
[49] Hiroshi Shimizu, Junni Harada, Lam Chan, KiyomotoKawakami and June Ochiai. Development of a HighPerformance Electric Vehicle[R]. Industrial Electronics, Control, and lnstrumentation, 1996.
[50] Thomas L. Churchill James S, Edmonds Craig T. Feyk. Comprehensive Noninvasive Battery Monitoring of Lead-acid Storage Cells in Unattended Locations[A]. IEEE International Communications and Energy Conference[C], IEEE,Piscataway 94Ch3469-4:NJ, USA. 1994, 594-601.
[51] MillS, John A. Application of a battery monitoring system to VRLA batteries for Santa Barbara bus[A]. Proceedings of the Annual Battery Conference on Applications and Advances[C]. USA. 1998.IEEE, Piscataway, 98CH8299. NJ187-190.
[52] Kim, Myungsoo; Hwang, Euijin. Monitoring the battery status of photovoltaic systems[J].Journal of power sources, 1997, (1), 193-196.
[53] McAndrewsJoseph M, Jonel Richard H. "Valve regulated lead-acid battery management system (VMS)[A]. INTELET,International Telecommunications Energy Conference(proceedings)[C].IEEE,Pis-cataway,96CH 359645. 1996, 507—511.
[54] www.dallas.com
[2] 朱松然．蓄电池手册[M]．天津大学出版社，1998．
[3] 朱小同，赵桂先．蓄电池快速充电的原理与实践[M]．北京煤炭工业出版社，1996．
[4] Wakefield Ernest H．电动汽车发展史[M]．北京理工大学出版社，1998．
[5] 陈启舜，赵廷政，孙全良等编．大站电源屏[M]．中国铁道出版社1991年7月．
[6] 陈体衔，甑春花．VRLA蓄电池变电流间歇快速充电方法[J]．蓄电池，1999，1：6-8．
[7] 桂长清．电动车用铅酸蓄电池的快速充电[J]．蓄电池．
[8] 胡信国，阎智刚，章宁琳等．国外电动车电池的发展近况[J] 电池，2001．31(3)：138-141．
[9] 王震坡，孙逢春．电动汽车电池组连接可靠性及不一致性研究[J] 车辆与动力技术，2002，88(4)，11-15．
[10] 麻友良，陈全世．铅酸电池的不一致性与均衡充电的研究[J] 武汉科技大学学报(自然科学版)2001，24(1)，48-51．
[11] 王蛲．电动车一致性配组技术[J] 电器工业、电动自行车专题2002(6)15-17．
[12] 毕道治．结合国情加速开发电动汽车[J]．电源技术1996，20(8)：139-142．
[13] 闰智刚，唐民洪，张绍辉．电动自行车用铅酸动力电池的发展状况[J]．蓄电池2002，3，97-102．
[14] 许路，朱平平，江建中．电动自行车及其关键技术的进展和应用[J]．电世界，2001，10．
[15] 张晓冬．国内外蓄电池监测系统的现状及发展趋势农机化研究[J]．2002，3，18-19．
[16] 廖增宁，王少全，张建兵．一种蓄电池管理系统[J]．专利号00244445．3．
[17] 郭亮．电动车用蓄电池充电技术的进展[J]．电池2002．32(4)．245-246．
[18] 刘孝伟，周明明，周龙瑞．电动自行车用铅蓄电池充电器的研究[J]，蓄电池，2001，2，27-29．
[19] 张五一，陈旭．备用电源系统的蓄电池在线监测仪[J] 郑州纺织工学院学报2001，12(2)，70-73．
[20] 曾巍，唐海波，韩伟等．电动汽车用动力电池性能检测系统[J]．2001，25(1)，35-39．
[20] 陈家胜．电动自行车充电器自动检测系统设计[J]．工业仪表与自动化装置2002，5，38-40，49
[21] 朱巨军，蒋德安，劳力云．二次电池检测系统的研制[J]．电测和仪表．1998，3，24-27．
[22] 刘希禹．阀控铅酸蓄电池的监控和故障预测[J]．电信科学．2000，9，25-29．
[23] 陈家胜．电动自行车充电器自动检测系统设计[J]．工业仪表与自动化装置．2002，5．
[24] 徐俊丽，冯子娟，王万军．电动自行车电特性项目的检测[J]．
[25] 叶滨，韩伟，李来水等．动力电池(组)自动检测系统[J]．制造业自动化．
[26] 扬明，狄卫国，段淑凤．数字滤波技术及其在电池检测系统中的应用[J]．现代电子技术2003，148(5)：98-99．
[27] 李国华，张新国，焦彦军．蓄电池内阻检测[J]．电力自动化设备．2003，3，23(3)．
[28] 朱巨军，蒋德安．二次电池检测系统的研制[J]．电测与仪表，1998．3．
[29] 白明，郝庭住．可充电电池动态参数测试系统[J]．天津工业大学学报．2002．1．
[30] 李立伟，邹积岩．蓄电池在线监测系统的设计与实现[J]．电工技术杂．2002年第11期，7-9．
[31] 董秀成，魏金成．蓄电池组微机自动监测系统[J]．四川工业学院学报1999，2：1-3．
[32] 扫描苏城电动自行车，苏州日报社．
[33] 自行车工业概况．中国轻工业商务网——自行车网 2003，7，29．
[34] 海口封杀电动自行车调查：污染环境存在安全隐患中国经济时报．2003，10，13．
[35] WWW. ZLGMCU. COM.
[36] 罗光毅．蓄电池智能管理系统．20030318．
[37] 陈航．电力电子技术在蓄电池充电中的应用．19980200．
[38] 严宏明．通信用阀控式密封铅酸蓄电池容量检测研究．19971200．
[39] 潘尚智．阀控式铅酸蓄电池管理系统．20010311．
[40] 宋志华．高功率因素充电器研制．19990201．
[41] 杨潮．免维护铅酸蓄电池管理系统．19990206．
[42] Tomohiko Ikeya,Nobuyuki Sawada, Sakae Takagi, et al. Multi-step constant-current charging methods for electric vehicle valve-regulated lead acid batteries during night time for load-leveling[J]. J Power Sources, 1998, 75 : 101—107.
[43] Pavlov D, PeTkova G. Influence of fast charge on the life cycle of positive lead acid battery plates[J]. J Power Sources,2000, 87: 39.
[44] Laml, Ozgun H. Pulsed current charging of lead/acid batteries-a possible means for overcoming premature capacity loss[J]. J Power Sources, 1995. 53:215-228.
[45] Sung Chul Kim, Won Hi Hong. Fast-charging of a lead-acid cell: effect of rest period and depolarization pulse[J]. J Power Sources, 2000,89:93-101. 1998. 4: 13-17.
[46] Yonglang Guo, Groiss R. Rate-determining step investigations of oxidation processes at the positive plate during pulse charge of valve-regulated lead-acid batteries[J]. J Electrochemical society,1999. 146(11):3949-3957.
[47] Yi Ding, Detector for rapid chargeing and method[P],US Patent;6229285, 2001-05-08.
[48] Einar Gotaas,Arne Nettum ,Dag S.Bakken .Single cell battery Management System(BMS),IEEE 2000,695-702.
[49] Hiroshi Shimizu, Junni Harada, Lam Chan, KiyomotoKawakami and June Ochiai. Development of a HighPerformance Electric Vehicle[R]. Industrial Electronics, Control, and lnstrumentation, 1996.
[50] Thomas L. Churchill James S, Edmonds Craig T. Feyk. Comprehensive Noninvasive Battery Monitoring of Lead-acid Storage Cells in Unattended Locations[A]. IEEE International Communications and Energy Conference[C], IEEE,Piscataway 94Ch3469-4:NJ, USA. 1994, 594-601.
[51] MillS, John A. Application of a battery monitoring system to VRLA batteries for Santa Barbara bus[A]. Proceedings of the Annual Battery Conference on Applications and Advances[C]. USA. 1998.IEEE, Piscataway, 98CH8299. NJ187-190.
[52] Kim, Myungsoo; Hwang, Euijin. Monitoring the battery status of photovoltaic systems[J].Journal of power sources, 1997, (1), 193-196.
[53] McAndrewsJoseph M, Jonel Richard H. "Valve regulated lead-acid battery management system (VMS)[A]. INTELET,International Telecommunications Energy Conference(proceedings)[C].IEEE,Pis-cataway,96CH 359645. 1996, 507—511.
[54] www.dallas.com