リチウムイオン電池に関する新しいタイプの管理システム

社会の発展に伴い、リチウムイオン電池は生産や生活に広く利用されています。電池の応用と管理は、さまざまな機器の開発にとって非常に重要な技術になっています。リチウムイオン電池技術の研究に基づいて、新しいタイプのリチウムイオン電池管理システムを設計し、実現方法を紹介します。リチウム電池管理システムの設計と実装は、電力推定、電池の充電と放電、個々の電池機能と他のローカル測定モジュールとのバランスを含む分散構造で設計されています。実現モジュールのハードウェア設計が詳細に分析されます。

世紀の変わり目以来、リチウム電池の製造と研究は、安定した放電電圧、低い自己放電率、広い動作温度範囲、メモリー効果なし、長い保管寿命などの多くの優れた利点を備えているため、非常に大きな進歩を遂げました。 、軽量、小型、その他の特性により、従来のニッケルカドミウム電池や鉛蓄電池は、社会的生産の分野で徐々に置き換えられ、アプリケーションの寿命はますます広くなり、主流のパワー電池になりました。内部のリチウム電池では、化学反応が非常に複雑であるため、人々は電池自体の性能を絶えず完成させており、電池技術の管理や継続的な研究にも使用され、電池の寿命を延ばし、電池の効率を向上させます。最もアースバッテリーの性能。

バッテリー管理システム（バッテリー管理システム、BMS）は、マイクロコンピューター技術と検出技術を含み、バッテリーユニットとバッテリーパックの動作状態を動的に監視し、バッテリーの充電と放電の保護のために、バッテリーの残量を正確に計算できます。最高の動作状態、ランニングコストの削減、耐用年数の向上。国内外の高度な成果を組み合わせて、新しい種類のリチウム電池管理システムを設計および実現します。管理システムは、モジュール構造を採用し、分散型の設計を採用しています。システムの制御構造には、ローカル測定モジュールと中央処理モジュールの2つのレベルが含まれます。これらの中で、中央処理モジュールの機能は、CANバスネットワークを形成するために、主にRS232インターフェイスの実装と上位マシン通信を使用することです。とローカル測定モジュールが接続されています;ローカル測定モジュールの主な機能はデータ取得として機能しますオン（主に温度、電流、電圧のデータ収集用）、充電と放電の制御、電力測定、単一バッテリーの均等化、CANバステクノロジーと中央処理モジュール通信の使用など。

1管理システムのハードウェア設計

バッテリー管理システムの設計、この論文は主に電気自動車といくつかの水中機器で使用されるので、合理的な構造、高度な技術、強力なスカラー能力へのシステム設計;システム精度のさまざまなパラメーターがより高いため、このバッテリーの設計管理システム、次の機能を実現します。

1）リアルタイムの取得バッテリー情報には、バッテリー電圧、単一バッテリー電圧、電流や温度などの充電および放電パラメーターが含まれます。

2）残りの電力の測定と表示。

3）CANは、データ伝送インターフェース、完全な部品、CANバスおよびPC通信を提供します。

4）優れた人間とコンピュータの相互作用機能、システムの安全性、信頼性、強力な妨害防止。

バッテリ管理システムのブロック図を図1に示します。

一種の新しいタイプのリチウム電池管理システムの設計と実装スキーム

図1を見ると、リチウム電池管理システムには2つのレベルの制御構造があり、それぞれ中央処理モジュール（中央電気制御ユニットCECU）、ローカル測定モジュール（ローカル電気制御ユニット、LECU）、中央処理モジュール、およびローカル測定モジュールは、CANバス通信接続の形で実装されています。バッテリー管理システムの構造を図2に示します。図2では、ローカル測定モジュールの主な機能はバッテリーの充電です。モジュールは次のとおりです。データ収集モジュール（電流、電圧、温度データの取得）、平衡モジュール、充電モジュール、電力測定モジュールなど。中央処理モジュールは、主に、CANバス通信モードを使用してローカル測定モジュールを管理し、バッテリーステータス情報の送受信を制御します。この記事では、一部の主要モジュールについてのみ紹介します。

一種の新しいタイプのリチウム電池管理システムの設計と実装スキーム

2ローカル測定モジュールのハードウェア設計

2.1電圧取得モジュール

バッテリーの単一電圧は、バッテリーの残り電力の計算、充電および放電モードの選択の実装として、そしてバッテリーの状態を監視するための動作状態の評価の主要なものの1つは、単一のバッテリーの合理的な方法を持つことです電圧測定。ただし、電池パック内の電池は総電圧が高く、測定精度が高いため、電力測定の実施の難しさが大きくなります。電圧監視プログラムの動作原理は次のとおりです。最初のステップ、1〜7の間のマルチチャネルスイッチKn-1、Kn-2（n）のMCU制御、静電容量の同期、およびマッチングユニットセル実装ドッキングで終了、開始コンデンサー充電、コンデンサー電圧の目標を達成し、セルバッテリー電圧は同じです。 2番目のステップであるMCU制御マルチチャネルスイッチKn-1、Kn-2は、シングルチップA / Dモジュール実装対策からスイッチK1とK2を切断し、閉じます。測定時に、バッテリーの不安定な電圧が考慮の結果に影響を与えることによる防止に基づいて、複数の方法を選択することによる平均測定のモジュール。このソリューションは、追加のA / Dモジュールではなく、マイクロプロセッサの内部A / Dユニットを簡単に使用できるため、設計効率が向上し、コストを節約できます。実際の回路では、通常、リレーを使用してアナログスイッチを実現できます。

2.2電流取得モジュール

この論文では、動的電流の充放電プロセスを測定するために、LEM社のLTSR25-NP電流センサーを使用します。この要素は、閉ループ多民族電流センサーを補償するホール効果に基づいており、優れた測定精度、挿入損失なし、優れた直線性、電流過負荷能力を備えた電源の単一極性電圧を介して優れています。摂氏25度未満では、その測定精度は+ /-0.2％に達する可能性があります。定格電流は25、測定可能な最大電流は80 aであり、システム設計要件を十分に実現できます。電流を0〜5Vの電圧信号に充電および放電できる電流センサー、およびシングルチップマイクロコンピューターA / Dユニットへのアクセスにより、電流を充電および放電することができます。

2.3温度取得モジュール

ダラスの半導体企業による温度取得モジュールは、米国のDS620プログラマブルインテリジェントデジタル温度センサーにあります。そのチップには、レジスタ、A / Dコンバータ、およびインターフェイス回路が含まれており、デジタル信号を直接出力に送ることができます。そのMCUインターフェース回路はシンプルで、伝送距離が長く、制御機能が優れており、世界の他の地域では強力な干渉防止能力があり、特に低消費電力のマイクロ温度測定システムに適しています。 DS620デジタル温度センサーは、摂氏0〜70度で1.7〜3.5 vの低電圧温度測定を提供でき、測定精度は摂氏+ /-0.5度まで可能で、センサーはマイナス55〜125度の範囲で動作できます。氷点下の摂氏。マルチスポット接続用の分散センシングシステムで使用でき、SPCE061A IOA2およびIOA3インターフェース、アナログI2Cバス、およびDS620通信に基づいて、8つのDS620が同時に動作するバスを同時に接続できます。

2.4平衡モジュール

バッテリー充電のカスケード接続の実装、バッテリーパック、化学的性質の違い、一部のユニットの場合はフルバッテリー、一部のセルバッテリーが充電されなかった場合、それは完全に充電されたバッテリー充電ユニットが生成する現象であり、バッテリーに大きな影響を与えます。逆に、バッテリーの電力が長時間不足し、抵抗が増加したり、バッテリーの容量が減少したりすると、バッテリーが損傷しやすくなります。バッテリーの充電と充電の問題を充電するプロセスのいくつかの解決策は、最も効果的な方法の1つであり、バッテリーを充電するイコライゼーションを実装し、すべてのバッテリーが同じ状態になるようにします。平衡ソリューションで採用されているバッテリ管理システムは、動的平衡法の原理である双方向リバーシブルDC / DCを採用し、それぞれの充電および放電電圧値のプロセスで検出されたDC / DCスイッチング電源を介して行われます。単一セクションの単一セルは、バッテリー充電、バッテリー追加の均等充電のためのバッテリー電力との動的平衡を充電する必要があります。 DOMのスターを使用したDC / DCスイッチング電源-24d15s5チップ、その入力電圧は18〜36 v、出力電圧は4.6〜5.5vです。

2.5充電モジュール

現在、定電圧と定電流の組み合わせの充電曲線のほとんどが充電曲線です。後期充電のリチウム電池は、電池の安全性を確保するための配慮に基づいて、定電圧充電の方法を採用する必要があります。バッテリー充電プロセスの一般的な充電方法は、早期充電、定電流、定電圧の3つの部分に分けられます。その原理と制御プロセスは単純で、充電の初期段階では、高速充電、高充電効率です。しかし、熱の充電方法は非常に大きいので、この問題を解決するために、この記事では、電源アダプタの電流制限制御を充電する間欠充電、定電流充電方法への早期充電と定電圧充電を介して。断続的な充電シーケンス図を図3に示します。

一種の新しいタイプのリチウム電池管理システムの設計と実装スキーム

リチウムイオンバッテリーパックは充電されます。バッテリー管理システムがある場合、バッテリーの取り付けは外部のものであり、定電圧電流制限タイプの電源アダプターと一致している必要があります。定圧値の計算U式は次のとおりです。U= 4.2 * N +電圧損失。 Nのタイプについては、バッテリーのセクションを言い、電圧の損失は実験を通して得られます。このシステムでは、リチウムイオン電池を使用して深センサンダーTS-LCP50AHAタイプであり、Icの電池電流制限値の種類は0から0.5Cの間です、Cは電池容量を言いました。コンピューティングでは、最高の充電電流TS-LCP50AHAバッテリー0.3 Cを使用します。以前に再充電したバッテリーは、最初にシステムの初期化を実装し、次に早期充電、定電流および定電圧充電を実行して、バッテリー充電の3つのステップを充電する必要があります。

3結論

要約すると、この論文では、新しい種類のリチウムイオン電池管理システムを設計および実現し、システムのハードウェア設計と各汎用モジュールの設計を詳細に紹介します。テストの過程では、このシステムの動作は正常であり、単一バッテリー電圧測定、総電流、総電圧、温度測定などの技術的指標が要件を満たしているため、システムの信頼性と実用性は良好です。

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