基于嵌入式技术的矿用锂离子电池电源管理系统设计

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1、基于嵌入式技术的矿用锂离子电池电源管理系统设计摘要:文中采用嵌入式技术设计了一种锂电池管理系统对煤矿井下锂电池组进行监控与管理，具体包括电池管理系统硬件设计、嵌入式软件设计和上位机软件设计。本系统通过监视电池组的热、电等多种参数来实现对电池组的充放电管理与均衡保护，并通过按时计量法估算电池荷电状态，从而最大程度保护电池组，增加电池的使用时间，延长循环寿命。本文采集自网络，本站发布的论文均是优质论文，供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除已转载的信息，如果需

2、要分享，请保留本段说明。关键词：嵌入式技术；锂电池；电池管理系统；荷电状态中图分类号:TP39；TN85文献标识码：A文章编号:2095-1302(2017)07-00-040引言近年来，由于锂电池具有较高的比能量和比功率，使用寿命长，绿色无污染等显著特点，使得锂电池在各个行业得到广泛应用［1］。在煤矿行业，由于井下条件恶劣，停电情况时有发生，为保障井下照明、监控等系统的正常运行，除了需要电厂双路供电外，还需要配备为锂电池供电的备用电源系统［2］。虽然锂电池单体使用寿命较长，但组成电池组容量会快速衰减，另外巾于锂电池自身

3、的化?W性质比较复杂，过充过放对电池的性能和寿命影响很大［3］。在煤矿井下，大容量锂电池过充电或过放电会产生高温，产生不安全因素，在使用时需要进行均衡管理。因此，本文研宄设计了一种锂电池管理系统(BatteryManagementSystem,BMS)对煤矿井下的锂电池组进行监控与管理。本系统通过监视电池组的热、电等多种参数来实现对电池组的充放电管理与均衡保护，从而最大程度保护电池组、增加使用时间并延长循环寿命。1总体设计矿用锂电池管理系统用于对矿井下的电池组进行智能管理，通过检测电池组的温度、电流、电压等信息对电池组进

4、行充放电管理、均衡控制以及报瞥保护，以保障电池组稳定、安全的运行。系统总体设计如图1所示。本系统设计了电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、显示模块来完成对电压、电流、温度等信息的采集并在显示屏上显示，以反映电池组的运行状态。另外本系统设计保护电路、报警电路以及均衡电路，当电池组在工作过程中出现过压、过流、过温等异常状态时，保护电路通过控制继电器实现充放电电路的断开与闭合，完成对系统的保护，此时报警电路发出报警，提示系统出现异常需要处理或修复。而均衡电路则用于完成对电池组内各不均衡单体电池的电量均衡，使异常单体电池与

5、其他电池的电量特性趋于一致。2硬件设计本电池管理系统为矿用锂电池电源设计，根据《矿用隔爆(兼本安)型锂离子蓄电池电源安全技术要求》，本电池管理系统应当有采集、保护、均衡和显示与报警等功能。为满足上述要求，选用微控制器与专用电池管理芯片组合的设计方案。电池管理芯片(LTC6803)自身具有均衡控制功能和A/D转换功能，可以完成电池均衡和单体电池电压采集。该方案电路设计简单，成本较低，可以对所需电池状态信息进行实时采集显示，可数字化控制。2.1硬件总体结构设计为满足矿用锂电池电源管理所需功能，系统硬件设计主要包括微控制器、电

6、流采集模块、温度采集模块、电压采集模块、均衡电路、异常保护与报警电路、显示电路。此外，为实现矿用电源设备的远程监控管理，需要与矿井监控中心通信，所以需要通信电路模块。硬件总体结构如图2所示。(1)微控制器的主要功能是协调各模块完成信息交互，电池电压、电流、温度等信息的采集，电池均衡控制，电池状态信息显示，系统过流、过压、过温等异常状态保护和报警等功能，是整个系统工作的核心控制部分；(2)电流采集、温度采集和电压采集电路用于完成电流、温度、电压等反映电池运行状态的数据信息采集；(3)均衡电路用于完成电池组内各个单体电池的电

7、量均衡，使异常单体电池与其他电池的电量趋于一致；(1)L⑶显示模块用于显示电池组和电池组内各个单体电池的运行状态；(2)保护电路用于控制继电器完成对系统工作过程中出现的过压、过流、过温等异常状态的保护；(3)报警电路用于对系统工作过程中出现过压、过流、过温等异常状态时进行报警；(4)通信电路用于完成系统与监控管理上位机、充电机或其它外2.2电流与温度采集电路电流采集为系统的荷电状态(SOC)估算、过流保护以及数据显示提供电流数据。电流采集方案有分流器和霍尔电流传感器两种，本系统选用霍尔电流传感器FS100EK1进行电流采

8、集。霍尔电流传感器是根据霍尔效应制成的一种磁场传感器，用它采集电流的优点是精度高，电路设计简单。霍尔效应是指当电流乘直于外磁场通过导体时，在导体垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差。本系统将霍尔电流传感器输出的电压滤波整流后接到微处理器，利用微处理器STM32的ADC端口采集电压值，通过霍尔传感器输出电压与