Batarya Yönetim Sistemi için Denge Kontrol Devresinin Tasarımı
Zhang Bing, Wu Dingguo, Tang Xiaoxin, Hu Panpan
(Hefei Guoxuan Yüksek Teknoloji Güç Enerjisi Co., Ltd., Hefei 230012, Anhui)
Küresel ekonominin sürekli gelişmesiyle birlikte, endüstriyel ekipmanlardan boşaltılan atıkların neden olduğu çevre kirliliği giderek daha ciddi hale geliyor. Güçlü bir şekilde yeni enerji tasarrufu teknolojileri geliştirmek ve endüstriyel ekipmanların geleneksel fosil yakıtlara bağımlılığını azaltmak için aktif olarak yeni güç kaynakları geliştirmek acil hale geldi. Endüstriyel ekipmanın güç enerji cihazı olarak lityum iyon pillerin kullanılması bu sorunu iyi bir şekilde çözebilir. Lityum pil güç sisteminin önemli bir bileşeni olan pil yönetim sistemi (BMS), pil ile tüm güç sistemi arasındaki bağlantıdır. Batarya yönetim sistemi, bataryanın mevcut çalışma durumunu belirlemek için esas olarak batarya parametrelerini (voltaj, akım, sıcaklık, vb.) Gerçek zamanlı olarak izler.Bir dengesizlik varsa, lityum bataryanın tamamı denge kontrol ünitesi aracılığıyla temel denge durumuna döndürülür.
Lityum pil; BMS; gerçek zamanlı izleme
Şu anda, güç bataryası yönetim sisteminin ekipmana uygulanmasında hala bazı teknik darboğazlar var. Güç lityum pil sisteminin sorunlarının nasıl çözüleceği, bu makalede tasarlanan pil yönetim sisteminin ana içeriğidir.
Bu makalede tasarlanan pil dengesi yönetim sistemi, ağırlıklı olarak lityum pillerle çalışan çeşitli endüstriyel ekipmanlara hizmet eder.Lityum pil yönetim sisteminin her bir işlevinin gerçekleştirilmesi, desteklemek için eksiksiz bir donanım sistemi gerektirir. Genel lityum pil güç sistemi çok sayıda pil gerektirdiğinden, lityum pil yönetim sisteminin tasarımında edinim sisteminin çok yönlülüğü göz önünde bulundurulmalıdır; gerçek uygulama sahasının karmaşık ortamı nedeniyle, BMS iletişiminin güvenilirliği ve kararlılığı sağlanmalıdır. [1].
Bu belgede tasarlanan BMS, tüm sistemin güvenilirliğini, kararlılığını ve sürdürülebilirliğini iyileştirmek için, farklı uygulamaların ihtiyaçlarını karşılayabilen ve büyük ölçekli üretim gereksinimlerini karşılayabilen üç katmanlı dağıtılmış bir kontrol yapısı benimser. Tüm lityum pil yönetim sisteminin donanım sistemi modüler bir yapı ile tasarlanmıştır. Bu bölüm esas olarak tasarlanmış pil yönetimi donanım sistemi çerçevesini ve her bir işlevsel modülün belirli işlevlerini tanıtır.
(1) Saha kontrol ünitesi modülü
Saha kontrol ünitesi modülünün temel işlevi, batarya sistemindeki bataryanın voltaj ve sıcaklık sinyallerini veri toplama çipi üzerinden elde etmek ve elde edilen verileri kontrolör üzerinden işlemek ve ardından tüm batarya sisteminin çalışma durumunu ve üst bilgisayar tahminini algoritma işlemeyle elde etmektir. Pil sisteminin kalan kapasitesi, eğer pil enerjisi dengesizse, yerinde kontrolör, tüm pil paketinin aynı enerji dengesini elde etmek için ilgili denge kontrol ünitesi devresini başlatacak ve pilin çalışma durumunu insan-makine arayüzü üzerinden gerçek zamanlı olarak sağlayacaktır. Kullanıcıya. Pil arızalanırsa, kullanıcıyı zamanında bilgilendirin ve ilgili koruyucu işlemleri yapın [2]. Bu sistem alt bilgisayarla iletişim gerektirdiğinden ve ekran gibi çevre birimlerine bağlanması gerektiğinden, yerinde denetleyicinin zengin çevre arabirimlerine sahip olması gerekir. Bu sistemin yerinde kontrolörü ATMel'in ATmega32HVB'sini kullanır. Sistem donanımı blok şeması, Şekil 1'deki gibi gösterilmiştir.
(2) Veri toplama modülü
En alttaki sistem pil veri toplama çipidir ve işlevi esas olarak ilgili koşullandırma ve pil sinyallerinin alınmasını içerir. Bu sinyal verilerinin doğru bir şekilde toplanması, pil enerji dengesi için özellikle önemlidir ve pil depolama enerji kullanım stratejilerinin formülasyonu çok önemlidir. Alt veri toplama çipi iki edinim modülü içerir: monomer voltaj toplama modülü ve batarya monomer sıcaklık edinim modülü [3]. Bir veri toplama kartı, 3 pil hücresinin voltajını ve 6 pil hücresinin sıcaklığını toplar.
(3) Denge kontrol ünitesi modülü
Denge kontrol modülünün ana işlevi, ATA6870 yongası tarafından işlenen verileri ATmega32HVB ana denetleyicisi tarafından bir denge kontrol kararına göre ilgili denge kontrol algoritmasına göre aktarmak ve enerjiyi yüksek voltajlı pil hücresinden aktarmak ve ilgili enerji depolamasında geçici olarak depolamaktır Daha sonra indüktörde enerji, enerji depolama indüktörü aracılığıyla bitişik pil hücresine aktarılır.Daha az enerji tüketen bu çift yönlü dengeleme yöntemi, lityum pil paketinin toplam kapasitesini artırır ve ayrıca lityum pil hücresinin bozulmasını yavaşlatır. (SoH) [4].
1.1 Denge kontrol devresi
Denge kontrolü ile ilgili olarak yurtiçi ve yurtdışında geliştirilen sayısız strateji ve yöntem vardır.Bu yazıda denge kontrol devresinin tasarım fikri iki yönlü kayıpsız eşitleme fikrine dayanmaktadır.Bu yöntemin verimli, pratik ve kolay uygulanabilir olduğu kanıtlanmıştır.
Denge kontrolünün genel yapısı Şekil 2'de gösterilmektedir. Bu sistem, genel dengeyi sağlamak için her bir pil hücresi arasındaki boşluğu azaltmak için adım adım dengelemek için pil hücreleri arasında otonom enerji transferini gerçekleştirebilir. Bu yazıda tasarlanan dengeli modülün enerjisi, daha yüksek voltaj değerine sahip bir monomerden daha düşük voltaj değerine sahip bir monomere aktarılır ve böylece genel denge sağlanır [5]. Yukarıda bahsedildiği gibi, pilin voltajı, pilin mevcut durumunu yansıtan SoC'nin temsili bir parametresidir, yani tüm lityum pil takımı bir enerji dengesi durumuna ulaşmıştır. Bu eşitleme yöntemi FET iletim kaybı küçüktür, devre bileşimi basittir ve enerji aktarımı süreci hızlı ve verimlidir, bu nedenle bu makale bu eşitleme yöntemini [3] benimser. Beton dengeleme devresi yapısı Şekil 3'teki gibi gösterilmektedir.
Sistem ilk olarak mevcut pil voltajı durum değerini ATA6870'in voltaj algılama birimi aracılığıyla algılar ve çipin içindeki ADC tarafından dönüştürülür ATA6870'in içinde PWM oluşturma modülü olmadığından ilgili dijital sinyal, çipin karşılık gelen SPI iletişim arabirimi aracılığıyla mikro denetleyiciye iletilir. Karşılık gelen eşitleme kararından sonra, karşılık gelen PMOS anahtar durumu PWM çıkış sinyali [6] tarafından kontrol edilir Şekil 3'te gösterildiği gibi, Hücre n'nin voltajı Hücre n-1'den yüksek olduğunda, karşılık gelen PMOS açılır ve pil enerjisi Bu, geçici olarak indüktör Ln'de depolanır.Bir süre sonra, PMOS kapatılır ve indüktördeki enerji, serbest dönme etkisiyle Cell n-1'e aktarılır ve bunun tersi de doğrudur. Enerji, bitişik tek hücreler arasında her iki yönde tahribatsız bir şekilde akabilir ve böylece tüm pil takımının enerji dengesini sağlar. Elbette burada bahsedilen kayıpsızlık da görecelidir ve mutlak kayıpsızlık sağlanamaz.
1.2 Dengeleme kontrol ünitesinin program tasarımı
ATmega32HVB, pil paketindeki ayrı hücreleri dengelemek için kullanılan dahili bir entegre FET sürücü ünitesi modülüne sahiptir. Her FET, pil dengeleme algoritmasının yazılıma uygulanmasına izin veren bir yazılım programı tarafından doğrudan kontrol edilir. Tek hücre dengeleme FET'i, CBSR kaydı tarafından kontrol edilir ve bitişik FET'ler aynı anda etkinleştirilemez. CBSR kontrol yazmacının kontrol sözcüğü Şekil 4'te gösterilmiştir. Üstteki iki bit (D6 ~ D7) rezerve edilmiş bitlerdir, genellikle 0'a ayarlanmıştır, D0 ~ D5'ten herhangi biri 1'e ayarlanmıştır ve karşılık gelen FET, PV pin çıkışı yüksek seviye sinyali ile açılır. Eşitleme kontrol programının akış şeması Şekil 5'te gösterilmektedir.
2 Deneysel sonuçlar ve analiz
Bu yazıda tasarlanan dengeleme kontrol modülü FET'in kapatma sinyali, bir yazılım programı tarafından PWM kontrolünü gerçekleştirmek için kullanılır.Kuruluş PWM frekansı yaklaşık 3 kHz ve görev döngüsü% 49'dur, çünkü birçok deneyden sonra, bu değer seçildiğinde eşitleme hızının daha hızlı olduğu bilinebilir. Verimlilik de nispeten yüksektir. Burada, Şekil 6'da gösterildiği gibi, eşitleme kontrol işlemi sırasında tek çipli mikrobilgisayar tarafından çıkarılan herhangi bir dört kanallı PWM dalga formu verilmiştir.
Bu sistemde kullanılan 12 Lishen (3,7 V, 2200 mAH) lityum demir fosfat piller farklı durumlara boşaltılmış ve deneyler için bu yazıda tasarlanan pil balans kontrol yönetim sistemi kullanılmıştır Spesifik deneysel veriler Tablo 1'de gösterilmiştir. Dengeleme deneyinden elde edilen verilerden, lityum pil takımının voltajının dengeleme kontrol deney cihazı aracılığıyla ilk gerilim değerlerinden bu maddede ayarlanan eşiğin (0.1 V) son gerilim değerine ve dengeleme kontrolü için kullanılan zamana kadar dengelendiği görülebilir. Gerçek uygulama gereksinimleri doğrultusunda daha kısa.
3 sonuç açıklaması
Kapsamlı deneysel veriler, bu sistemin veri toplama doğruluğunun yüksek, güvenilirliğinin güçlü ve gerçek zamanlı performansın iyi olduğunu ve yukarıdaki işlevlerin temelde tamamlandığını kanıtlamaktadır. Ve CAN veriyolunun kullanılması nedeniyle, sistem lityum demir fosfat pillerin basit genişletmeden sonra yüksek uyumlulukla enerji depolama cihazı olarak kullanıldığı çoğu uygulamada kullanılabilir.
Referanslar
1 Ji Bin, Xu Jiming, Zheng Xin, ve diğerleri.Geniş bant hızlandırmada lityum demir fosfat pil uygulaması J. Bilgi ve İletişim Teknolojisi, 2012 (2): 63-68.
[2] Cheng Changyin Değiştirme modunda elektrikli araç lityum pil paketinin şarj yönetim sistemi araştırması D Guangzhou: Guangdong Teknoloji Üniversitesi, 2012.
3 Tan Xiaojun Elektrikli Araç Gücü Pil Yönetim Sisteminin Tasarımı M Guangzhou: Sun Yat-sen University Press, 2011.
[4] Wang Wei Yeni enerji araç güç bataryası SOC tahmini ve gerçekleştirilmesi D Hefei: Hefei Teknoloji Üniversitesi, 2011.
5 Hou Yuanxin, Wang Jia Elektrikli araçlar için lityum pillerin geliştirme durumu üzerine analiz development J. Kablosuz İnternet Teknolojisi, 2013 (1): 193.
6 Cai Qunying. Hibrit Elektrikli Araçlar için Li-ion Pil Yönetim Sisteminin Geliştirilmesi D Pekin: Pekin Jiaotong Üniversitesi, 2010.
AET üyeleri için yıl sonu avantajları!
