電動車智能電池檢測系統(tǒng)嵌入式論文

1、嵌入式系統(tǒng)期末論文題目：電動車智能電池檢測系統(tǒng)目錄111引言22車用電池性能分析和測量方法221常用電池種類和性能222常用測量方法23系統(tǒng)模塊設計33.2檢測電路43.3最小系統(tǒng)與復位電路模塊如圖所示53.4顯示電路53.5報警電路74程序設計7附錄一81引言隨著生產(chǎn)力和科學技術(shù)的發(fā)展，蓄電池作為一種性能可靠的化學電源，其應用價值與日俱增，日益廣泛地運用在航空航天、交通運輸、電力、通信、軍事工業(yè)等部門的設備中，已經(jīng)成為這些設備中最重要的關(guān)鍵系統(tǒng)部件之一。蓄電池剩余電量及容量是用戶非常關(guān)心的一個問題，因為蓄電池電量的多少直接影響整個供電系統(tǒng)的可靠性。用戶通過顯示屏直接觀察充放電結(jié)果，可以有效防

2、止過充對電池的損害，延長電池的使用壽命和使用效率， 節(jié)省成本。同時，用戶也可以準確的預知電池能量的供給情況，以保證行車安全。而供電系統(tǒng)的可靠性將決定整個系統(tǒng)能否正常運行。因此及時準確的檢測蓄電池剩余電量及容量變得非常重要，因而檢測方法的研究則很有實際意義。2車用電池性能分析和測量方法 21常用電池種類和性能 車用電池有鉛酸電池、鋰離子電池和晶膠電池等幾種類型 圓。鉛酸電池成本便宜、性能穩(wěn)定，目前市場上的車用都采用此種電池。鋰離子電池(常稱鋰電池)成本高、性能不穩(wěn)定、容易出現(xiàn) 爆炸、安全系數(shù)低，目前正在進一步完善。晶膠電池成本最高、性 能也是最好的、使用壽命高、性能穩(wěn)定、自我修復功能最好、安全系

3、數(shù)最高，但目前市場上使用此類電池的車輛并不多見，只有少數(shù)商家才給配置此高性能電池。22常用測量方法 市場上電動車所用的電池一般是鉛酸蓄電池，蓄電池是一個復雜的電化學系統(tǒng)，它在不同負載條件或不同環(huán)境溫度下運行時，實際可供釋放的剩余電量不同；而且隨著蓄電池使用時間增加，其電量也將下降。影響鉛酸蓄電池剩余容量的因素也有很多，從不同的方面分析，影響因素有電流、溫度、電解液密度、電池極板硫酸鹽化、活性物質(zhì)脫落和老化等。針對這些因素可設計出不同的解決方法，下面介紹一些常見的方法： (1)密度法 密度法的實質(zhì)是測鉛酸蓄電池內(nèi)部電解液的密度。鉛酸蓄電池內(nèi)部電解液的密度主要由鉛、硫酸鉛和氧化鉛組成，通過測量三種

4、物質(zhì)的密度來間接推算剩余電量的值。這種方法在電 池使用前期可行，但在后期隨著電池的損耗、腐蝕、老化等現(xiàn)象的產(chǎn)生，以上三種物質(zhì)的比例與初期發(fā)生較大差異，這種方法便不再準確。 (2)開路電壓法 電池的開路電壓的值近似等于電池電動勢，它是電解液密度的函數(shù)。電解液密度隨電池放電成比例下降，其電壓降低的曲線可近似看成直線，該方法測量設備簡單對設備損害小，所以用開路電壓可估算電池荷電狀態(tài)。開路電壓法的顯著缺點是需要穩(wěn)定的電壓，而車用行駛狀態(tài)時各方面都不會處在特別穩(wěn)定的狀態(tài)，電池從工作狀態(tài)恢復到穩(wěn)定狀態(tài)需要較長的時間。所以該方法只適用在車輛停止的狀態(tài)，具有一定的局限性。而由于電車電池在放電過程一般電流較小，

5、電池電量的變化過程是一個緩慢的過程不需要太高的精確度所以采用直接測量電池開路電壓法來測量電池電量。(3)負載電壓法 車用電池放電開始的瞬間，電壓迅速從開路電壓狀態(tài)進入負載電壓狀態(tài)，在電池負載電流保持不變時，負載電壓隨荷電狀態(tài)的變化規(guī)律與開路電壓隨荷電狀態(tài)的變化規(guī)律相似。負載電壓法的優(yōu)點是能夠即時估算電池組的荷電狀態(tài)，在電流穩(wěn)定時效果很好。但在實際應用中，電池的狀態(tài)不穩(wěn)定，電壓變化大。要解決這個問題，需要測量大量的電壓數(shù)據(jù)，計算動態(tài)負載電壓和 荷電狀態(tài)的關(guān)系，建立數(shù)學模型。所以，負載電壓法很少用在實際中。 (4)阻抗法 阻抗法通常稱內(nèi)阻法。電池阻抗分交流阻抗和直流阻抗， 它們都與電池電量有密切的

6、關(guān)系。電池交流阻抗是電池電壓與電流的函數(shù)，為一個復數(shù)變量，表示電池對交流電的反抗能力，測量時需要用到交流阻抗儀。電池交流阻抗受溫度的影響很大，目前，使用交流阻抗進行測量時，測量的是電池處于靜置后的狀態(tài)， 還是在充放電過程中的狀態(tài)存在爭議，所以阻抗法很少用在實際中。3系統(tǒng)模塊設計3.1 電池特性  蓄電池所做的有效功是電容量和電壓的乘積。蓄電池的電容量是放電電流與放電時間之積。因此蓄電池大特性以電容量、電動勢、內(nèi)阻和放電效率表示，這些參數(shù)成為衡量電池性能的主要參數(shù)。電動勢是電池在理論上輸出能量大小的量度之一。電動勢與反應物質(zhì)性質(zhì)、和有關(guān)，也與電解液的溫度和濃度有關(guān)。電池的放電

7、電壓隨放電時間的平穩(wěn)性表示電壓精度的高低。電壓隨放電時間變化的曲線，稱放電曲線。電池工作電壓的數(shù)值及平穩(wěn)程度依賴于放電條件。高速率、低溫條件下放電時，電池的工作電壓將降低，平穩(wěn)程度下降。本系統(tǒng)所采用的方法可以稱之為充放電法。當對電池進行充電時，它的電量是不斷增加的，當車輛在啟動或行駛狀態(tài)時，電池同時也進行連續(xù)放電，充電電量減去放電電量便是剩余電量，而電量的計算可采用電流對時間的積分。這種方法適用于常用車用的電池，在車輛行駛或停駐狀態(tài)時均適用。 本文設計的智能電池檢測電路從模塊上分：智能電池檢測電路、指示電路、報警電路、單片機以及最小系統(tǒng)組成。，系統(tǒng)的整體框圖如圖所示：圖1系統(tǒng)框圖3.2檢測電路

8、電車電池大多為多塊12V鉛酸電池串聯(lián) 本設計為3塊36V為測量目標。電池的輸出電壓范圍10.5*313.5*3V，由于STM32微處理器的AD模塊最大支持的檢測電壓不超過3.3V，所以通過電阻分壓電路使電池輸出電壓降為3.3V以下，測量總電壓是電池是測取點的分壓比例為15：1，測量單塊電池電壓時 測取點的分壓比例為 13:3；所以總電壓電阻為150k和10k串聯(lián)， 單塊為130k和30k電阻串聯(lián)。如圖所示為電池電量檢測模塊原理圖。圖2檢測電路3.3最小系統(tǒng)與復位電路模塊如圖所示圖3最小系統(tǒng)圖4復位電路3.4顯示電路 當檢測一個電池的電量的時，并不能直接測量電池兩端的端電壓，但是我們可以通過檢測

9、蓄電池組充放電回路的電流量，來達到檢測電池組電量的目的。方案是這樣的，在蓄電池組充放電回路中串接一個阻值很小的電阻，其上必有壓減。當充電時，電壓值為負；當放電時，電壓值為正。這一電壓值可以作為后接運放的一路輸入電壓，經(jīng)過運算電路處理后接入STM32微處理器的AD轉(zhuǎn)換引腳，從而將模擬電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓量，在數(shù)字電壓量經(jīng)過一定處理后，在驅(qū)動LED燈來顯示蓄電池組電量的大小。圖5運放電路電池能量管理系統(tǒng)分為以下四個方面：1）防止蓄電池過放電。在蓄電池放電期間，蓄電池管理系統(tǒng)應能監(jiān)控電池的放電狀態(tài)，并控制蓄電池組的放電過程，在每個蓄電池過度放電之前，停止放電過程，使電能達到最優(yōu)利用。同時，防止蓄電池

10、過度放電能夠提高蓄電池的使用壽命。在放電結(jié)束時，蓄電池管理系統(tǒng)給出電動機控制單元的最大放電電流的參考值，使蓄電池的電壓保持在正常的范圍內(nèi)。2）防止蓄電池過充電。在充電期間，蓄電池管理系統(tǒng)應能連續(xù)測量電池組的各個蓄電池的電壓、電流等參數(shù)，并能根據(jù)監(jiān)測得到充電狀態(tài)、電池的電壓、電流等參數(shù)，調(diào)整充電參數(shù)，控制充電器，并盡量使所有的蓄電池的狀態(tài)一致，在充電過程結(jié)束的收，應能及時停止充電，防止任何電池過充電。3）能源系統(tǒng)信息顯示。在電動汽車行駛中，為了使駕駛員能及時了解汽車可行駛的極限里程數(shù)和充電所需的時間等，蓄電池管理系統(tǒng)應能監(jiān)測蓄電池的剩余容量等，并顯示能源系統(tǒng)的有關(guān)信息。并對車上用電系統(tǒng)進行管理，

11、以期到手電能的合理分配使用，最終實現(xiàn)節(jié)能、增加持續(xù)行駛里程的目的。4）電池狀態(tài)測試以及顯示。為了保持蓄電池的優(yōu)良性能，蓄電池管理系統(tǒng)應實時監(jiān)測電池狀態(tài)。根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)性能、電池溫度、使用的時間等預測和顯示剩余容量；提供蓄電池性能參數(shù)，存儲整個過程中的數(shù)據(jù)并傳給計算機；可對獲得的蓄電池信息進行分析，提供電池的診斷、故障分析信息，以便于及時維護和更換，監(jiān)測所有特性參數(shù)，為發(fā)現(xiàn)較差的蓄電池提供信息，使早期發(fā)現(xiàn)容量已衰減的電池得到及時維護，對于電池不一致性嚴重的產(chǎn)品，這種功能非常重要。電量顯示電路如圖所示。圖6電量顯示電路3.5報警電路圖7程序流程圖4程序設計圖8程序流程圖附錄一程序LED引腳配置 PA

12、0-PA7static void GPIOA_Config(void) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1| GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3| GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5| GPIO_Pin_6| GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OD_PP;/

13、輸出模式通用推挽 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIOA->ODR|=0x00FF； /關(guān)閉LED蜂鳴器2k pwm輸出static void TIM_Mode_Config(void)GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;RCC_APB

14、1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; / 模式復用推挽 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); TIM_TimeB

15、aseStructure.TIM_Period=999; /周期為1000 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 35; /36分頻 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision= TIM_CKD_DIV1 ; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PW

16、M1; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 499; TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High; TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, DIS

17、ABLE);ADC1配置static void ADC1_Mode_Config(void)ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;GPIO_InitTypeDef CPIO_InitStructure;RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);CPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3;CPIO_InitSt

18、ructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;CPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOC, &CPIO_InitStructure);ADC_InitStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=DISABLE;ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=DISABLE;ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigCon

19、v=ADC_ExternalTrigConv_None;ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel=1;ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);/ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_1,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);ADC_ResetCalibrati

20、on(ADC1);while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1);ADC_StartCalibration(ADC1);while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1);獲取對應通道數(shù)據(jù)static u16 GET_ADC_No_value(u16 No)u16 i=1;/No的值為10,11,12,13;ADC_RegularChannelConfig(ADC1,No,1,ADC_SampleTime_55Cycles5); ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);while(!ADC_GetF

21、lagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC );return ADC_GetConversionValue(ADC1);主函數(shù)int main(void) u16 power1,power2,power3,power;SystemInit();GPIOA_Config();TIM_Mode_Config();ADC1_Mode_Config();while (1) power=GET_ADC_No_value(10);power1=GET_ADC_No_value(11);power2=GET_ADC_No_value(12);power3=GET_ADC_No_value(13);if(power1<(u16)(32/16*4096/3.3)|power>(u16)(44/16*4096/3.3) RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);GPIOA