矿用移动救生舱锂电池管理系统的研究与设计摘要
我国是煤炭资源大国,随着近些年来煤炭产量和产能的不断扩大,煤矿安全事故也频繁发生,煤矿安全事故不仅会造成一定的经济损失,更是严重威胁着煤矿工人的生命安全。当煤矿安全事故发生时,矿用移动救生舱可以为煤矿工人提供避难场所和与外界联系,从而等待营救。为了保证救生舱的正常运行,锂离子电池以其高能量密度、大倍率性能、自放电率低、环保无污染等优点成为后备电源电池的首选。为了使锂离子电池组作为矿用移动救生舱后备电源可以长期安全有效地运行,必须设计一套适合矿用移动救生舱的锂电池管理系统。本文设计了一套针对矿用移动救生舱的锂电池管理系统,该系统以ML5238为前端信号采集芯片,ML610Q488为电池控制芯片,相较于传统的电压采集电路,该系统硬件电路得以简化,大大减少了电路板的面积,同时采样的精度和速度都大大提高。论文详细给出了锂电池管理系统的电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路等硬件电路的设计。针对串联电池组的不一致性,为系统加入了被动均衡的硬件电路,并且通过软件控制的策略提高了电池均衡的速度和精度。论文在深入研究并比较了几种经典剩余电量估算算法后,给出了一种基于开路电压法和电荷累计法的改进剩余电量估算算法,该算法加入了电池容量修正、放电效率修正和SOC0修正,大大提高了剩余电量估算的精度。论文详细给出了各软件模块的流程图和设计思路,作者利用单片机C语言编程实现了系统的过充/过放保护、过流保护、过温保护等告警保护功能和剩余电量估算的功能。并且为系统增加了低功耗运行的功能(包括省电状态和掉电状态),有效提高了电池组的工作时间。系统设计了友好的上位机界面,用户不仅可以通过上位机详细了解电池组的工作状态,还可以通过上位机修改各种保护阈值参数来满足不同工作环境。最后通过大量实验证明该系统在电压采集、电流采集、温度采集方面具有良好的测量精度,在剩余电量估算和电池均衡方面也有良好的估算精度和均衡效率,完全达到了矿用移动救生舱锂电池管理系统的设计要求。
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