電動(dòng)車智能電池檢測(cè)系統(tǒng)嵌入式論文

1、嵌入式系統(tǒng)期末論文題目：電動(dòng)車智能電池檢測(cè)系統(tǒng)目錄111引言22車用電池性能分析和測(cè)量方法221常用電池種類和性能222常用測(cè)量方法23系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)33.2檢測(cè)電路43.3最小系統(tǒng)與復(fù)位電路模塊如圖所示53.4顯示電路53.5報(bào)警電路74程序設(shè)計(jì)7附錄一81引言隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，蓄電池作為一種性能可靠的化學(xué)電源，其應(yīng)用價(jià)值與日俱增，日益廣泛地運(yùn)用在航空航天、交通運(yùn)輸、電力、通信、軍事工業(yè)等部門的設(shè)備中，已經(jīng)成為這些設(shè)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(gè)問(wèn)題，因?yàn)樾铍姵仉娏康亩嗌僦苯佑绊懻麄€(gè)供電系統(tǒng)的可靠性。用戶通過(guò)顯示屏直接觀察充放電結(jié)果，可以有效防

2、止過(guò)充對(duì)電池的損害，延長(zhǎng)電池的使用壽命和使用效率， 節(jié)省成本。同時(shí)，用戶也可以準(zhǔn)確的預(yù)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(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。因此及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)蓄電池剩余電量及容量變得非常重要，因而檢測(cè)方法的研究則很有實(shí)際意義。2車用電池性能分析和測(cè)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(chǎng)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(jìn)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(fù)功能最好、安全系

3、數(shù)最高，但目前市場(chǎng)上使用此類電池的車輛并不多見(jiàn)，只有少數(shù)商家才給配置此高性能電池。22常用測(cè)量方法 市場(chǎng)上電動(dòng)車所用的電池一般是鉛酸蓄電池，蓄電池是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，它在不同負(fù)載條件或不同環(huán)境溫度下運(yùn)行時(shí)，實(shí)際可供釋放的剩余電量不同；而且隨著蓄電池使用時(shí)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(duì)這些因素可設(shè)計(jì)出不同的解決方法，下面介紹一些常見(jiàn)的方法： (1)密度法 密度法的實(shí)質(zhì)是測(cè)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(guò)測(cè)量三種

4、物質(zhì)的密度來(lái)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(zhǔn)確。 (2)開路電壓法 電池的開路電壓的值近似等于電池電動(dòng)勢(shì)，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(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)單對(duì)設(shè)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(diǎn)是需要穩(wěn)定的電壓，而車用行駛狀態(tài)時(shí)各方面都不會(huì)處在特別穩(wěn)定的狀態(tài)，電池從工作狀態(tài)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)需要較長(zhǎng)的時(shí)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(guò)程一般電流較小，

5、電池電量的變化過(guò)程是一個(gè)緩慢的過(guò)程不需要太高的精確度所以采用直接測(cè)量電池開路電壓法來(lái)測(cè)量電池電量。(3)負(fù)載電壓法 車用電池放電開始的瞬間，電壓迅速?gòu)拈_路電壓狀態(tài)進(jìn)入負(fù)載電壓狀態(tài)，在電池負(fù)載電流保持不變時(shí)，負(fù)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(fù)載電壓法的優(yōu)點(diǎn)是能夠即時(shí)估算電池組的荷電狀態(tài)，在電流穩(wěn)定時(shí)效果很好。但在實(shí)際應(yīng)用中，電池的狀態(tài)不穩(wěn)定，電壓變化大。要解決這個(gè)問(wèn)題，需要測(cè)量大量的電壓數(shù)據(jù)，計(jì)算動(dòng)態(tài)負(fù)載電壓和 荷電狀態(tài)的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型。所以，負(fù)載電壓法很少用在實(shí)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(gè)復(fù)數(shù)變量，表示電池對(duì)交流電的反抗能力，測(cè)量時(shí)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(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量的是電池處于靜置后的狀態(tài)， 還是在充放電過(guò)程中的狀態(tài)存在爭(zhēng)議，所以阻抗法很少用在實(shí)際中。3系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)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(shí)間之積。因此蓄電池大特性以電容量、電動(dòng)勢(shì)、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(dòng)勢(shì)是電池在理論上輸出能量大小的量度之一。電動(dòng)勢(shì)與反應(yīng)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(shí)間的平穩(wěn)性表示電壓精度的高低。電壓隨放電時(shí)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(shí)，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(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，它的電量是不斷增加的，當(dāng)車輛在啟動(dòng)或行駛狀態(tài)時(shí)，電池同時(shí)也進(jìn)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(jì)算可采用電流對(duì)時(shí)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(shí)均適用。 本文設(shè)計(jì)的智能電池檢測(cè)電路從模塊上分：智能電池檢測(cè)電路、指示電路、報(bào)警電路、單片機(jī)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(cè)電路

8、電車電池大多為多塊12V鉛酸電池串聯(lián) 本設(shè)計(jì)為3塊36V為測(cè)量目標(biāo)。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(cè)電壓不超過(guò)3.3V，所以通過(guò)電阻分壓電路使電池輸出電壓降為3.3V以下，測(cè)量總電壓是電池是測(cè)取點(diǎn)的分壓比例為15：1，測(cè)量單塊電池電壓時(shí) 測(cè)取點(diǎn)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(cè)模塊原理圖。圖2檢測(cè)電路3.3最小系統(tǒng)與復(fù)位電路模塊如圖所示圖3最小系統(tǒng)圖4復(fù)位電路3.4顯示電路 當(dāng)檢測(cè)一個(gè)電池的電量的時(shí)，并不能直接測(cè)量電池兩端的端電壓，但是我們可以通過(guò)檢測(cè)

9、蓄電池組充放電回路的電流量，來(lái)達(dá)到檢測(cè)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(gè)阻值很小的電阻，其上必有壓減。當(dāng)充電時(shí)，電壓值為負(fù)；當(dāng)放電時(shí)，電壓值為正。這一電壓值可以作為后接運(yùn)放的一路輸入電壓，經(jīng)過(guò)運(yùn)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(guò)一定處理后，在驅(qū)動(dòng)LED燈來(lái)顯示蓄電池組電量的大小。圖5運(yùn)放電路電池能量管理系統(tǒng)分為以下四個(gè)方面：1）防止蓄電池過(guò)放電。在蓄電池放電期間，蓄電池管理系統(tǒng)應(yīng)能監(jiān)控電池的放電狀態(tài)，并控制蓄電池組的放電過(guò)程，在每個(gè)蓄電池過(guò)度放電之前，停止放電過(guò)程，使電能達(dá)到最優(yōu)利用。同時(shí)，防止蓄電池

10、過(guò)度放電能夠提高蓄電池的使用壽命。在放電結(jié)束時(shí)，蓄電池管理系統(tǒng)給出電動(dòng)機(jī)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(guò)充電。在充電期間，蓄電池管理系統(tǒng)應(yīng)能連續(xù)測(cè)量電池組的各個(gè)蓄電池的電壓、電流等參數(shù)，并能根據(jù)監(jiān)測(cè)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(guò)程結(jié)束的收，應(yīng)能及時(shí)停止充電，防止任何電池過(guò)充電。3）能源系統(tǒng)信息顯示。在電動(dòng)汽車行駛中，為了使駕駛員能及時(shí)了解汽車可行駛的極限里程數(shù)和充電所需的時(shí)間等，蓄電池管理系統(tǒng)應(yīng)能監(jiān)測(cè)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(duì)車上用電系統(tǒng)進(jìn)行管理，

11、以期到手電能的合理分配使用，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能、增加持續(xù)行駛里程的目的。4）電池狀態(tài)測(cè)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(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)。根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能、電池溫度、使用的時(shí)間等預(yù)測(cè)和顯示剩余容量；提供蓄電池性能參數(shù)，存儲(chǔ)整個(gè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)并傳給計(jì)算機(jī)；可對(duì)獲得的蓄電池信息進(jìn)行分析，提供電池的診斷、故障分析信息，以便于及時(shí)維護(hù)和更換，監(jiān)測(cè)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(shí)維護(hù)，對(duì)于電池不一致性嚴(yán)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(bào)警電路圖7程序流程圖4程序設(shè)計(jì)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(fù)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(duì)應(yīng)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