基于STM32的锂电池组SOC管理系统的研究与设计.docx
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基于STM32的锂电池组SOC管理系统的研究与设计 潘莹+朱武+张佳民摘 要：针对锂电池组单体多、电路复杂使SOC管理不到位的问题，设计出一种新的锂电池组SOC管理系统硬件上通过集成的电池管理芯片实现电池状态参数的采集，STM32控制器通过IIC总线实现数据接收及处理，算法上采用开路电压结合安时积分方法实现SOC实时估计该系统电路拓扑简单，稳定性和可靠性较高实验证明，该系统能实现锂电池组SOC的实时监测，准确度高关键词：电池管理系统；STM32控制器；电池管理芯片；开路电压法；安时积分法：TM912 文献标志码：A ：2095-2945（2017）31-0026-02引言锂电池作为未来电池发展的重要方向，离不开有效的能量管理系统（Battery management system， BMS ）电池荷电状态（State of charge，SOC）作为BMS的主要参数，实时监测SOC能够防止锂电池过充过放，从而延长电池寿命，保证电池组的续航里程[1-2]如果电池组单体较多，需要采集大量的数据，如果用传统的数据采集电路，接线复杂，对于嵌入式系统来说，这种方案并不可取[3]所以本文以磷酸铁锂电池为研究对象，以STM32F103V作为主控芯片，利用集成的电池管理芯片设计锂电池管理系统，实现对整组电池SOC的实时监测。
1 系统硬件设计为了实现对锂电池组的实时监测与管理，整个管理系统的功能主要包括电池组电压、电流和电池单体电压、温度等数据的采集，通过主控芯片STM32来估计电池SOC以及显示电池组基本信息，整个系统框图如图1所示1.1 电池组基本参数采集采用TI的集成电池管理芯片，避免了传统数据采集时复杂的接线，能准确的采集到电池组电压、电流、单体电压以及温度等信息，本系统采用BQ76930芯片，内部集成了14-bit ADC，能同时采集10个电池串联组成的电池组的数据，单体端电压测量范围为0-6.275V将电流检测电阻两端的电压通过芯片引脚SRP和SRN，连接到芯片内部ADC和库仑计，计算累积电荷，从而达到检测电流的目的引脚TS1和TS2外接两个热敏电阻，可以同时测量电池组内两点的温度1.2 数据处理BQ76930将采集到的数据通过IIC总线传给STM32芯片，由芯片处理后通过GPIO口，将电池组的状态参數传递给显示器界面，如果电池状态异常，通过显示的信息，可以人工控制电池组，也可以通过控制电路上的开关器件，及时对电池组进行控制2 SOC估计算法安时积分法对于SOC预测的准确性严重依赖于对SOC0的估计，本系统利用开路电压法OCV（Open circuit voltage）确定SOC0，预先标定电池的OCV和SOC的关系，以0.5C电流给电池充电，当充电电流降至65mA时，停止充电，记此时锂电池的SOC为1，静置后测量电池的OCV，利用电子负载以1C电流给电池放电，每隔5%SOC记录锂电池在静止状态下的开路电压，实验结果如图4，利用多项式拟合OCV-SOC的关系式，如式（2）所示，得到不同OCV下的SOC0。
3 系统软件设计系统工作时，对于SOC的估计主要分为两个阶段，电池组状态稳定时，根据电池的开路电压估计电池的初始SOC；电池组工作时，根据充放电电流积分结合估计电池SOC的变化量，当某个单体电池SOC最先达到充电阈值或放电阈值时，主控制器向显示器发送信息，并且由控制电路中断电池组充放电程序流程图如图3所示4 系统性能测试测试所用电池组由10个松下18650型锂电池串联，电池单体容量为3.5Ah，额定电压为4.2V对电池组进行充放电实验，电流大小为1A，电池管理系统采集到电池实时端电压，根据初始时刻端电压以及充放电电流大小计算实时SOC，如图4和图5所示测试结果显示，这种SOC管理系统可以实现成组电池的单体的管理5 结束语利用集成的电池管理芯片BQ76930采集电池组状态参数，避免了传统方式数据采集时复杂的接线， STM32作为主控芯片，利用丰富的GPIO口控制方便控制显示电路及其他电路，使电池组管理系统集成度更高，抗干扰能力以及数据采集精度更高，在实际系统中使用方便灵活，可以实时监控电池组的SOC信息参考文献：[1]刘莉，胡社教.基于锂电池SOC估算方法[J].电源技术，2017（01）：4-6，63.[2]麻金龙，夏超英，蔡奔.基于Infineon XC2785的电池管理系统采集单元设计[J].仪表技术与传感器，2014（7）：24-30.[3]肖艳军，刘蕊，宋海平，等.基于单片机的锂电池管理系统研究与试验[J].控制工程，2016（7）：1001-1005[4]范兴明，曾求勇，张鑫.基于改进安时积分法的电动汽车电池SOC估计与仿真研究[J].电气应用，2015（8）：111-115.[5]李哲，卢兰光，欧阳明高.提高安时积分法估算电池SOC精度的方法比较[J].清华大学学报（自然科学版），2010，50（08）：1293-1296+1301.endprint科技创新与应用2017年31期科技创新与应用的其它文章供电企业对居民客户电费收缴方式的思考餐余地沟油综合利用前处理技术研究解析电力营销业务中营销稽查监控技术的应用10kV配网故障停电原因分析及解决对策的思考浅谈高校网络安全现状存在问题及对策研究“微时代”下公共图书馆读者服务探讨 -全文完-。
