负端保护型电动自行车智能锂电池保护器系统研究

发布时间：2019-07-22 07:15

【摘要】：锂电池保护器作为电动自行车的核心部件,是当前电动自行车研究中的重点。电动自行车的安全性、廉价性以及环保节能性等特点,使其得到政府的大力推广。电动自行车的能量来源是锂电池组,锂电池作为一种清洁能源,具有能量密度高、无污染以及使用周期长等特点,被广泛应用于电动自行车与电动汽车上。但由于锂电池单体在制作工艺上的不一致性,当其成组串联工作后,随着充放电次数的增多,锂电池单体之间的电压差值会不断变大,这将会引起锂电池组的过充电和过放电现象。锂电池保护器主要是用来确保锂电池组在使用过程中的安全、高效、低功耗工作。目前对于锂电池保护器的设计,主要难题在锂电池的安全工作、充放电利用率以及高成本上。本文结合锂电池均衡保护技术,设计一款负端保护型电动自行车智能锂电池保护器。该保护器主要由两部分组成,分别为单体电池均衡控制单元和整车开关保护单元。单体电池均衡控制单元,是由电池单体电压采集模块和电池均衡保护模块组成;整车开关保护单元是由电池过充电、过放电、过电流以及过温度保护模块组成。最后,本文在MATLAB/Simulink的电池模型中进行均衡方法的验证,并将该均衡方法运用到锂电池保护器的均衡保护中。实验结果表明上述设计方案的可行性。保护器能够在电动自行车充放电过程中起到准确的保护作用。在充电过程中,当电池单体电压到达过充电阈值4.2V时,可以开启过充电保护;在放电过程中,当电池单体电压到达过放电阈值2.5V时,可以开启过放电保护。最后通过电池仿真模型证明了均衡方法的可行性,并运用到实车保护器上。上述研究工作为后续的研究提供了理论基础和实验平台。
【图文】：
CodeWarrior工作界面图

件开发环境设计采用的微处理器是飞思卡尔公司的 MC9S12P128 芯片，因此采用的环境为 CodeWarrior 编译器；考虑到程序设计的稳定性以及可移植性，，故C语言作为本保护器设计的开发语言。该款软件的开发环境功能十分健全设计中，提供了智能化编程提示以及在编译时发出程序错误警告，可以有入式应用程序的开发周期。它是一款开放式软件集成平台，能将 51 系2 系列、ARM 系列等嵌入式架构的开发工具变为一体。deWarrior 软件开发环境的模块化编程结构，提高了项目开发者的编程效项目开发周期，其可视化图形界面使得项目管理者能够更清晰的管理项能界面如图 4.1 所示：
MAX14921SPI通信时序图

特点：（1）可配置 8 到 16 位数据大小；（2）全双工或单线双工；（3）最高位优先或最低位优先可换；（4）并口时钟频率相位和极性选择。本文所选择的 MAX14921 具备 SPI 串行接口通过 24 位 SPI 接口控制器件，控制器通过 SDI 输入向器件发送串行数据，器件同时在 SDO 输出发送监测数据，这种方法允许与其它支持菊链的器件实现菊链工作，例如 ADC 转换器。SPI 配置/控制位配置/控制位用于使能电池均衡开关、采样和保持全部电池电压、选择电压输出的电池、选择 T 输入通道，以及使能诊断模式。SPI 监测位提供过压条件和热关断反馈以及指示器件在上电后是否就绪反馈，图 4.2 中表示出了器件通过 SDO 发送至主控制器的诊断/监测位。图 4.2 为 MAX14921 的 SPI 通信时序图：
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;U484

【参考文献】