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《長沙民政職業技術學院學報》2016年第2期

摘要：

根據電動車的工作特性，文中設計了一種電動車電池管理系統。當電動車剎車時產生的制動能量通過剎車能量反饋裝置給超級電容充電，利用超級電容大電流放電特性給電動車啟動時提供電源，既有效解決電動車剛啟動時蓄電池大電流放電帶來的一系列問題，又節約了能源，延長了電池的使用壽命。

關鍵詞：

電動車；電池；超級電容；能量反饋

0引言

隨著經濟的高速發展，蓄電池產業獲得了巨大的市場機遇，廣泛地應用于工業生產和人們生活的各個領域。對于同規格、同型號的蓄電池來說，由于制造工藝水平的限制和使用時管理方法不當，蓄電池單體不一致問題是不可避免的[1]；在電池組使用中，單體電池不一致問題對電池組性能造成了很大的影響，尤其是電動車的電池組，一個單體電池壞了，整組電池要全部換掉，浪費嚴重，報廢嚴重，污染嚴重。蓄電池組壽命較短的原因主要是電動車啟動時蓄電池要大電流放電，造成電池過放，蓄電池充電時沒及時斷開充電器造成蓄電池過充。所以對電動車的蓄電池組進行合理有效地管理是當前急需解決的重要問題。

1.系統組成及工作原理

1.1系統組成本

蓄電池組由4只20AH/12V閥控式密封鉛酸蓄電池串聯組成。電動車電池管理系統主要由蓄電池組、電流檢測單元、電壓溫度檢測模塊、充電器、多功能開關K1～K3、剎車能量反饋裝置、超級電容、電壓檢測單元、AT89C51和報警電路組成。電動車電池管理系統框圖見圖1。

1.2系統工作原理

系統上電后，先自動檢測單體電池的電壓、溫度和電流，判斷電池能否正常工作，同時檢測超級電容電壓，若該電壓值低于設定電壓值則多功能開關K1閉合，蓄電池組對超級電容快速充電；當電動車啟動時，多功能開關K2閉合K3斷開，當超級電容電壓接近蓄電池電壓時切換到蓄電池組供電；當電動車剎車時，剎車能量反饋裝置對超級電容充電[2]。

2.主要硬件電路設計

2.1電壓檢測

電路電壓檢測電路見圖2，主回路中的直流信號經過電阻R1、R2分壓后，由運算放大器OP07隔離；然后被檢測信號通過光電耦合電路、濾波電路和限幅電路轉換成0～3V模擬電壓信號。電路中使用兩個同型號的光耦，由于反饋通道的存在，補償了單個光耦的非線性。該電壓檢測電路能實現電壓跟隨與隔離，大大減少了主回路對檢測電路的干擾。

2.2電流檢測

電路電流檢測電路見圖3，電路中電流互感器采用北京森社電子公司的型號為CHB-20P的霍爾傳感器[3]。其相關參數滿足蓄電池管理系統中對電流的檢測要求。電流檢測電路具有雙向電流信號檢測的功能，所以能實時檢測蓄電池充電和放電時的電流大小。當電阻R1上電壓為正時，此正電壓經過兩級運算放大器OP07-1和OP07-2，再通過濾波電路后送入主控芯片AT89C51，完成了正向電流的檢測。當電阻R1上電壓為負時，通過運算放大器OP07-3，再通過濾波電路后送入主控芯片AT89C51，完成了負向電流的檢測。

2.3超級電容

超級電容是介于電池和靜電電容之間的儲能元器件，超級電容的能量密度和功率密度高于靜電電容，比較適合作短時間的功率輸出源，在電動車啟動時能有效地改善電動車的運行性能。超級電容的接法有很多種，有超級電容直接與蓄電池并聯接法、蓄電池與DC/DC串聯接法等[4]。本系統中采用超級電容與DC/DC串聯的連接方式見圖4。

3.系統軟件設計

圖5為系統的軟件設計流程圖。具體步驟如下：

（1）系統自動檢測單體電池的電壓、溫度和電流；

（2）比較判斷，若總電流超過設定值，溫度高于環境溫度5℃，則斷開電源，報警電路動作；

（3）主控芯片MCU將采集到的電壓數據進行處理，計算出電池組中單體電池的平均電壓；

（4）比較判斷，若單體電池電壓小于平均電壓1V以上，則斷開電源，報警電路動作；

（5）檢測超級電容電壓，若該電壓值低于設定電壓值則多功能開關K1閉合0.5S，蓄電池組對超級電容充電；

（6）電動車啟動時，K2閉合K3斷開，當超級電容電壓接近蓄電池電壓時切換到蓄電池供電；

（7）電動車剎車時，剎車能量反饋裝置對超級電容充電。

4.總結

本文提出的電動車電池管理系統使電動車啟動性能有了改善，蓄電池組的利用率有所提高，同時解決了單體電池之間的不均衡問題，延長了電池的使用壽命，減少了電池更換的費用。

參考文獻：

[1]張毅，楊林，李立明等.電動汽車無刷直流電動機的回饋制動控制[J].上海交通大學學報，2005,39（9）：1457-1460.

[2]雷娟，蔣新華，解晶瑩.鋰離子電池組均衡電路的發展現狀[J].電池，2007,（1）：62-63.

[3]李少國，姚國興.風光互補發電蓄電池超級電容器混合儲能研究[J].電力電子技術,2010,(2):12-14.

[4]楊春雷，劉志遠.一種電動汽車動力電池均衡控制方法和設計[J].上海交通大學學報，2011，45（8）：1186-1190.

作者:馬文靜 單位:江蘇工程職業技術學院