Ein neuartiges Managementsystem für Lithium-Ionen-Batterien

Mit der Entwicklung der Gesellschaft werden lithium-ionen-batterien häufig in der Produktion und im Leben eingesetzt. Die Anwendung und Verwaltung von Batterien ist zu einer Schlüsseltechnologie für die Entwicklung verschiedener Geräte geworden. Basierend auf der Untersuchung der Lithium-Ionen-Batterietechnologie wird ein neuartiges Lithium-Ionen-Batteriemanagementsystem entwickelt und die Realisierungsmethode eingeführt. Der Entwurf und die Implementierung des Lithiumbatteriemanagementsystems sind in einer verteilten Struktur aufgebaut, einschließlich Leistungsschätzung, Laden und Entladen der Batterie, Gleichgewicht zwischen einzelnen Batteriefunktionen und anderen lokalen Messmodulen. Das Hardware-Design des Realisierungsmoduls wird detailliert analysiert.

Seit der Jahrhundertwende gelang der Herstellung und Forschung von lithiumbatterien der große Durchbruch, da sie viele gute Vorteile bietet, wie stabile Entladespannung, niedrige Selbstentladungsrate, großer Arbeitstemperaturbereich, kein Speichereffekt, lange Lagerfähigkeit , geringes Gewicht, geringe Größe und andere Eigenschaften, hat nach und nach die traditionelle Nickel-Cadmium-Batterie und Blei-Säure-Batterie im Bereich der sozialen Produktion und Lebensdauer der Anwendung immer breiter in den Hauptstrom Power-Batterie ersetzt. Da in der Lithiumbatterie im Inneren die chemische Reaktion sehr komplex ist, während die Menschen ständig die Leistung der Batterie selbst perfektionieren, die auch bei der Verwaltung der Batterietechnologie und der kontinuierlichen Forschung verwendet wird, um die Batterielebensdauer zu verlängern und die Effizienz der Batterie zu verbessern. die meiste Leistung der Erdbatterie.

Das Batteriemanagementsystem (Battery Management System, BMS), das die Mikrocomputertechnologie und die Erkennungstechnologie umfasst und eine dynamische Überwachung des Betriebszustands der Batterieeinheit und des Batteriepacks implementiert, kann die verbleibende Batterieleistung für den Batterielade- und Entladeschutz bei genau berechnen In diesem Dokument werden die fortschrittlichen Errungenschaften des In- und Auslandes kombiniert und eine neue Art von Lithiumbatterie-Managementsystem kombiniert und realisiert. Das Managementsystem übernimmt einen modularen Aufbau, das Design des verteilten, Die Steuerungsstruktur eines Systems enthält 2 Ebenen des lokalen Messmoduls und des Zentralverarbeitungsmoduls. Unter diesen besteht die Funktion des Zentralverarbeitungsmoduls hauptsächlich darin, die Implementierung der RS232-Schnittstelle und die Kommunikation der oberen Maschine zu verwenden, um die Form des CAN-Bus-Netzwerks zu bestimmen und lokales Messmodul angeschlossen; Hauptfunktion des lokalen Messmoduls als Datenerfassung Ein (hauptsächlich zur Datenerfassung von Temperatur, Strom und Spannung), Lade- und Entladesteuerung, Strommessung, Einzelbatterieausgleich und Verwendung der CAN-Bus-Technologie und der Kommunikation des Zentralverarbeitungsmoduls usw.

1 Hardware-Design des Managementsystems

Design des Batteriemanagementsystems, dieses Papier wird hauptsächlich in Elektrofahrzeugen und einigen Unterwasserausrüstungen verwendet, so dass das Systemdesign auf vernünftige Struktur, fortschrittliche Technologie, starke Skalarfähigkeit, die verschiedenen Parameter der Systemgenauigkeit höher ist. Daher dieses Design der Batterie Managementsystem, um die folgenden Funktionen zu erreichen:

1) Informationen zur Echtzeiterfassung der Batterie, enthält die Batteriespannung, die Einzelbatteriespannung sowie Lade- und Entladeparameter wie Strom und Temperatur;

2) Messung und Anzeige der Restleistung;

3) CAN bietet Datenübertragungsschnittstelle, komplette Teil- und CAN-Bus- und PC-Kommunikation;

4) gute Mensch-Computer-Interaktionsfunktion, systemsicher, zuverlässig, starkes Anti-Jamming.

Das Blockdiagramm des Batteriemanagementsystems ist in Abbildung 1 dargestellt.

Eine Art neuartiges Design- und Implementierungsschema für Lithiumbatteriemanagementsysteme

Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, umfasst das Lithiumbatteriemanagementsystem zwei Ebenen der Steuerungsstruktur, nämlich das zentrale Verarbeitungsmodul (Central Electric Control Unit CECU), das lokale Messmodul (Local Electric Control Unit, LECU), das zentrale Verarbeitungsmodul und das Das lokale Messmodul ist in Form einer CAN-Bus-Kommunikationsverbindung implementiert. Die Struktur des Batteriemanagementsystems ist in Abbildung 2 dargestellt. In Abbildung 2 besteht die Hauptfunktion des lokalen Messmoduls in der Batterieladung. Die Module sind: Datenerfassungsmodul (wie für Strom-, Spannungs-, Temperaturdatenerfassung), Gleichgewichtsmodul, das Lademodul, das Leistungsmessmodul usw.; Das Zentralverarbeitungsmodul dient hauptsächlich der Verwaltung des lokalen Messmoduls unter Verwendung des CAN-Bus-Kommunikationsmodus, um die Informationen zu steuern, die Batteriestatusinformationen senden und empfangen. Dieser Artikel wird nur für einige der Schlüsselmodule vorgestellt.

Eine Art neuartiges Design- und Implementierungsschema für Lithiumbatteriemanagementsysteme

2 das Hardware-Design des lokalen Messmoduls

2.1 Spannungserfassungsmodul

Die Einzelspannung der Batterie als Implementierung der Berechnung der Restleistung der Batterie, die Wahl des Lade- und Entlademodus und eine der Hauptursachen für die Bewertung des Betriebszustands, um den Batteriezustand zu überwachen, besteht darin, eine vernünftige Methode für die Einzelbatterie zu haben Spannungsmessung. Zahlen, weil die Batterien im Batteriepack jedoch die Gesamtspannung höher ist, die Messgenauigkeit hoch ist, wodurch die Schwierigkeit der Durchführung der Leistungsmessung größer ist. Das Arbeitsprinzip des Spannungsüberwachungsprogramms lautet: Der erste Schritt, die MCU-Steuerung des Mufti-Kanal-Schalters Kn-1, Kn-2 (n) zwischen 1 und 7, die Synchronisation der Kapazität und endet mit dem Andocken des entsprechenden Einheitszellen-Gerätes Kondensator laden, erreichen das Ziel der Kondensatorspannung und Zellenbatteriespannung ist gleich; Der zweite Schritt, der MCU-Steuer-Mufti-Kanal-Schalter Kn-1, Kn-2, um die Schalter K1 und K2 von den Einzelchip-A / D-Modul-Implementierungsmaßnahmen zu trennen und zu schließen. Zum Zeitpunkt der Messung, basierend auf der durch instabile Spannung der Batterie verursachten Verhinderung, das Ergebnis der Betrachtung zu beeinflussen, Modul der Durchschnittsmessung durch Auswahl mehrerer Methoden. Die Lösung kann leicht verwendet werden Mikroprozessor interne A / D-Einheit, kein zusätzliches A / D-Modul, verbessert die Design-Effizienz, spart die Kosten. In der eigentlichen Schaltung kann normalerweise das Relais verwendet werden, um einen analogen Schalter zu realisieren.

2.2 Stromerfassungsmodul

Zur Messung des Lade- und Entladevorgangs für dynamischen Strom wird in diesem Dokument der Stromsensor LTSR25 - NP der Firma LEM verwendet. Dieses Element basiert auf einem Hall-Effekt mit einem kompensierenden Mehrrasselstromsensor mit geschlossenem Regelkreis, bei dem die Spannung der Stromversorgung mit einfacher Polarität in Form einer guten Messgenauigkeit, ohne Einfügungsverlust, guter Linearität und einer besseren Stromüberlastungsfähigkeit besser ist. Bei unter 25 Grad Celsius kann seine Messgenauigkeit +/- 0,2% erreichen. Der Nennstrom beträgt 25, der größte messbare Strom beträgt 80 a, kann die Anforderungen an das Systemdesign gut erfüllen. Der Stromsensor, der in der Lage ist, Strom in ein Spannungssignal von 0 bis 5 V zu laden und zu entladen und dann auf die A / D-Einheit des Einzelchip-Mikrocomputers zuzugreifen, kann einen Lade- und Entladestrom messen.

2.3 Temperaturerfassungsmodul

Temperaturerfassungsmodul durch Dallas Halbleiterunternehmen sind in den USA DS620 programmierbarer intelligenter digitaler Temperatursensor. Sein Chip enthält Register, A / D-Wandler und die Schnittstellenschaltung, die das digitale Signal direkt an den Ausgang senden können. Seine und MCU-Schnittstellenschaltung ist einfach, lange Übertragungsstrecke und Steuerfunktion ist gut, der Rest der Welt starke Entstörfähigkeit, besonders geeignet für Mikrotemperaturmesssystem mit geringem Stromverbrauch. Der digitale Temperatursensor DS620 kann die Niederspannungstemperaturmessung von 1,7 bis 3,5 V bei 0 bis 70 Grad Celsius durchführen. Die Messgenauigkeit kann bis zu +/- 0,5 Grad Celsius betragen. Der Sensor kann einen Bereich von minus 55 bis 125 Grad erreichen Celsius über dem Gefrierpunkt. Kann in einem verteilten Erfassungssystem für die Verbindung mit mehreren Punkten verwendet werden, und ein Bus kann gleichzeitig angeschlossen werden. Acht DS620 arbeiten gleichzeitig, basierend auf der SPCE061A IOA2- und IOA3-Schnittstelle, dem analogen I2C-Bus und der DS620-Kommunikation.

2.4 Gleichgewichtsmodul

Implementierung der Kaskadenverbindung des Batterieladens, aufgrund des Batteriepacks, der Unterschiede der chemischen Eigenschaften, einer vollen Batterie, wenn eine Einheit, aber eine Zellenbatterie nicht geladen wurde, das passieren wird, ist eine vollständig geladene Batterieladeeinheit erzeugtes Phänomen, es wird sein ein großer Einfluss auf die Batterie. Im Gegenteil, wenn die Batterie für längere Zeit nicht genug Strom hat und den Widerstand erhöhen, die Kapazität der Batterie verringern kann, kann die Batterie leicht beschädigt werden. Eine Lösung beim Laden des Akkus und des Ladeproblems ist einer der effektivsten Wege, die Implementierung des Ausgleichs zum Laden des Akkus, damit alle Akkus den gleichen Zustand erreichen können. Das Batteriemanagementsystem, das von der Gleichgewichtslösung übernommen wird, die das Prinzip der dynamischen Gleichgewichtsmethode durch das DC / DC-Schaltnetzteil in zwei Richtungen umkehrbar macht, entsprechend dem im Prozess des Ladens und Entladens erfassten Spannungswert von jedem Einzelzellen des Einzelabschnitts müssen Batterieladung aufladen, dynamisches Gleichgewicht mit Batterieleistung für die Batterien zusätzliche Ausgleichsladung. DC / DC-Schaltnetzteil mit dem Stern des DOM-24 d15s5-Chips, dessen Eingangsspannung zwischen 18 und 36 V liegt, Ausgangsspannung zwischen 4,6 und 5,5 V.

2.5 Lademodul

Derzeit ist der größte Teil der Ladekurve für die Kombination von Konstantspannung und Konstantstrom-Ladekurve. Lithiumbatterie in der späten Ladung, basierend auf Überlegungen zur Gewährleistung der Sicherheit der Batterie, muss die Batterie die Art der Konstantspannungsladung übernehmen. Die allgemeine Methode zum Laden des Batterieladevorgangs gliedert sich in drei Teile: Frühes Laden, konstanter Strom und konstante Spannung, deren Prinzip und Steuerprozess in den frühen Stadien des Ladens einfach ist, schnelles Laden, hohe Ladeeffizienz. Die Art des Ladens von Wärme ist jedoch sehr groß. Um dieses Problem zu lösen, wird dieser Artikel durch frühzeitiges Laden und Laden mit konstanter Spannung in intermittierendes Laden, Laden mit konstantem Strom zum Laden der Strombegrenzungssteuerung des Netzteils. Das Diagramm der intermittierenden Ladesequenz ist in Abbildung 3 dargestellt.

Eine Art neuartiges Design- und Implementierungsschema für Lithiumbatteriemanagementsysteme

Der lithium-ionen-akku wird aufgeladen. Wenn ein Batteriemanagementsystem vorhanden ist, muss die Batterieanlage extern sein und mit dem Netzteil mit konstanter Spannungsstrombegrenzung übereinstimmen. Die Berechnung des konstanten Druckwerts U Ausdruck ist: U = 4,2 * N + Spannungsverlust; Bei dem Typ von N wird der Abschnitt der Batterie und der Spannungsverlust durch Experimente erhalten. In diesem System, bei dem die Lithium-Ionen-Batterie vom Typ Shenzhen Thunder TS - LCP50AHA verwendet wird, liegt der Grenzwert für die Art des Batteriestroms des Ic zwischen 0 und 0,5 ° C, wobei die Batteriekapazität C beträgt. Nehmen Sie beim Rechnen den besten Ladestrom TS - LCP50AHA-Akku 0,3 C. Der zuvor aufgeladene Akku muss zuerst die Systeminitialisierung implementieren und dann frühzeitig aufladen, Konstantstrom und Konstantspannung laden und die drei Schritte zum Laden des Akkus aufladen.

3 Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in diesem Dokument eine neue Art von Lithium-Ionen-Batteriemanagementsystem entworfen und realisiert wird. Außerdem werden das Systemhardware-Design und das Design jedes Funktionsmoduls im Detail vorgestellt. Während des Testprozesses ist dieser Systembetrieb normal. Die technischen Anzeigen, einschließlich der Messung der Einzelbatteriespannung, des Gesamtstroms, der Gesamtspannung und der Temperatur, erfüllen die Anforderungen, sodass das System eine gute Zuverlässigkeit und Praktikabilität aufweist.

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.