书签 分享 收藏 举报 版权申诉 / 28
立即下载 加入VIP,免费下载
当前位置： 首页 > 电学 > 发电、变电或配电  > 纯电动公交客车动力电源的SOC检测及能量均衡系统与方法.pdf

纯电动公交客车动力电源的SOC检测及能量均衡系统与方法.pdf

  • 上传人：GAME****980
  • 文档编号：4300502
  • 上传时间：2018-09-13
  • 格式：PDF
  • 页数：28
  • 大小：2.82MB
    • 摘要
    申请专利号：

    CN201110356529.3

    		 申请日：

    2011.11.11
    公开号：

    CN102496970A

    		 公开日：

    2012.06.13
    当前法律状态：

    授权

    		 有效性：

    有权
    法律详情：

    专利实施许可合同备案的生效IPC(主分类):H02J 7/00合同备案号:2015320000305让与人:江苏大学受让人:江苏九龙汽车制造有限公司发明名称:纯电动公交客车动力电源的SOC检测及能量均衡系统与方法申请日:20111111申请公布日:20120613授权公告日:20140528许可种类:独占许可备案日期:20150505|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02J 7/00申请日:20111111|||公开
    IPC分类号：

    H02J7/00; G01R31/36

    		 主分类号：

    H02J7/00
    申请人：

    江苏大学
    发明人：

    何仁; 李金忠
    地址：

    212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
    优先权：

    专利代理机构：

    南京经纬专利商标代理有限公司 32200

    		 代理人：

    楼高潮
    PDF完整版下载： PDF下载
    内容摘要

    本发明公开一种纯电动公交客车动力电源的SOC检测及能量均衡系统与方法，采用双电池组并联结构的电源系统，每个电池分组中的电池单体与由电阻和电容组成的积分电路构成回路，以电容端电压作为输入信号，综合计算双电池组电源系统的SOC值，根据各个电池组电池单体的SOC检测结果，控制剩余电量较高的电池单体的能量向剩余电量较低的电池单体流动，实现电池能量的快速均衡，电路结构简单，检测精度高，电池均衡过程中无能量损失，可有效消除电动汽车在行驶过程中由于突然加、减速所造成的电池单体电压瞬时变化带来的对SOC检测的影响。?

    权利要求书

    1： 一种纯电动公交客车动力电源的 SOC 检测及能量均衡系统， 动力电源由两个电池 组模块 Bat1、 Bat2 并联而成， 电池组模块 Bat1、 Bat2 各由 4 个电池单体 Cell1 ～ Cell4、 Cell5 ～ Cell8 依次串联， 其特征是 ： 电池单体 Cell1 ～ Cell4、 Cell5 ～ Cell8 分别与由电 阻 R6 ～ R9 与电容 C1 ～ C4、 电阻 R20 ～ R23 与电容 C5 ～ C8 组成的积分电路构成回路 ； 电 容 C1 ～ C4、 C5 ～ C8 正极端分别通过 B5、 B8 总线分别连接单片机 U1、 U5， 电容 C1 ～ C4 负极 端及电池单体 Cell1 的正极端、 电容 C5 ～ C8 负极端及电池单体 Cell5 正极端分别通过 B2、 B3 总线分别连接多路开关 U6、 U9 ； 双向可控硅 Q1 ～ Q4、 Q15 ～ Q18、 Q5 ～ Q8、 Q10 ～ Q13 的 T1 端分别通过电阻 R1 ～ R4、 R24 ～ R27、 R10 ～ R13、 R15 ～ R18 分别与电池单体 Cell1 ～ Cell4、 Cell5 ～ Cell8 的正极相连， 双向可控硅 Q1 ～ Q4、 Q15 ～ Q18 的 G 端分别通过 B1、 B4 总线连接单片机 U3， 双向可控硅 Q1 ～ Q4 和 Q15 ～ Q18 的各 T2 端相连 ； 双向可控硅 Q9、 Q14 的 T1 端分别通过电阻 R14、 R19 分别与电池单体 Cell 4、 Cell8 的负极相连， 双向可控 硅 Q9、 Q14、 Q5 ～ Q8、 Q10 ～ Q13 的各 T2 端相连， 双向可控硅 Q5 ～ Q9、 Q10 ～ Q14 的 G 端分 别通过 B6、 B7 总线连接单片机 U3 ； 单片机 U1 、 U5 分别连接多路开关 U6、 U9 且分别通过光 电隔离器 U2、 U4 连接单片机 U3， 单片机 U3 分别连接单片机 U1、 U5 且 3 通过光电隔离器 U7 连接 CAN 总线控制器 U8。2： 一种权利要求 1 所述系统的 SOC 检测方法， 其特征是包括如下步骤 ： 1） 对单片机 U1、 U5 赋予不同的编码值分别控制多路开关 U6、 U9 的选通状态， 将电池单 体 Cell1 ～ Cell8 的电压输入至单片机 U1、 U5 的内部， 计算出各个电池单体 Cell1 ～ Cell8 的 SOC 值 ； 2） 单片机 U3 由高电平置为低电平， 单片机 U1、 U5 分别将电池组模块 Bat1、 Bat2 中当 前的电池单体的电压、 SOC 值发送到单片机 U3， 单片机 U3 根据这些数据加权计算出电源总 的 SOC 值。3： 一种权利要求 1 所述系统的 SOC 能量均衡方法， 其特征是 ： 由单片机 U3 根据单片机 U1、 U5 发送的电池组模块 Bat1、 Bat2 中电池单体 Cell1 ～ Cell8 的 SOC 值进行比较， 找出 SOC 值最大和最小的电池单体， 发出触发信号使相应的双向可控硅导通， 将最大和最小的两 个电池单体的正极与正极、 负极与负极相连， 实现能量均衡。

    说明书


    纯电动公交客车动力电源的 SOC 检测及能量均衡系统与方 法

        技术领域 本发明涉及一种用于纯电动公交客车车载动力电源的 SOC（SOC: 电池荷电状态） 精确检测及能量均衡系统， 尤其是涉及多组动力电池单体的电压采样、 SOC 检测电路、 检测 方法、 电池单体之间的能量均衡以及基于 CAN 总线技术的数据通讯的技术领域。
         背景技术 城市公交客车大多采用石油作为燃料， 一方面带来了对全球不可再生能源石油的 需求加大， 造成了石油资源的日趋匮乏， 另一方面来带来的日趋严重的环境污染问题， 使得 低碳高效新型替代能源的使用成为了必然。纯电动公交客车使用蓄电池作为动力， 具有无 污染、 高效率等特点， 日益受到重视。纯电动公交客车利用车载电池驱动车辆， 由于受蓄电 池性能的制约， 其行驶里程有限 ； 且在城市工况下， 由于地形结构、 交通拥堵等因素， 车辆加 减速频繁， 容易造成电池的过放电现象， 影响其使用寿命。 同时， 在车辆行驶过程中， 如发生 电池电量耗尽的情况， 将导致车辆在远离充电站外停车， 给人们出行带来不便， 也容易造成 交通堵塞。因此， 实时精确地监控电池组的荷电状态 SOC， 显得十分重要。
         目前， 纯电动汽车车载电源管理系统对电池 SOC 值的检测大多采用开路电压法， 这种方法采用整个电池组的开路电压来估算电池 SOC 值。由于在电池的使用过程中， 电池 单体间的放电状况不可能完全一致， 因此采用整个电池组的开路电压来估算实际的 SOC 值 并不准确。 另外， 车载电源一般都采用数量庞大的电池单体通过复杂的串、 并联方式组合成 电源系统， 由于生产制造过程中电池单体之间存在工艺上的差异性， 造成电池单体之间的 容量并不完全相同， 由此带来车辆行驶过程中存在部分电池的单体能量提前消耗殆尽， 而 另外部分电池单体能量盈余的现象， 因而将该部分电池单体的能量适时地向能量较低的电 池单体之间转移， 从而实现电池单体之间的能量均衡， 不但可以延长车辆行驶里程， 还可防 止局部电池单体的过放电现象， 从而大大延长电池的使用寿命。
         目前常用的电池能量均衡方法， 一般可以归结为以下三类 ： 1、 根据电池单体之间 容量的差异， 在给电池组充电的过程中通过有针对性的对电池充入不同的电量来保证能量 的均衡 ； 2、 在电池使用过程中， 通过复杂的振荡电路来实现电池单体之间能量的流动， 达 到能量均衡的目的 ； 3、 在电池使用过程中， 对电量盈余部分电池单体采用消耗能量的放电 方法， 释放多余的电量， 以保证各个电池单体之间能量的均衡。 这三种常用的电池能量均衡 方法， 要么无法实现电池使用过程中的动态能量均衡， 要么采用复杂的震荡电路实现能量 均衡， 从而不可避免地带来交流成分对电池的冲击， 或者采用能量消耗法来实现能量均衡， 因此这些方法都存在一定的局限性。
         发明内容
         本发明的目的在于提供一种用于纯电动公交客车动力电源的 SOC 精确检测及能 量均衡系统及方法， 实现 SOC 较高的电池单体的能量向 SOC 较低的电池单体流动， 达到能量均衡的目的。
         本发明纯电动公交客车动力电源的 SOC 检测及能量均衡系统采用的技术方案是 ： 动力电源由两个电池组模块 Bat1、 Bat2 并联而成， 电池组模块 Bat1、 Bat2 各由 4 个电池单 体 Cell1 ～ Cell4、 Cell5 ～ Cell8 依次串联， 电池单体 Cell1 ～ Cell4、 Cell5 ～ Cell8 分 别与由电阻 R6 ～ R9 与电容 C1 ～ C4、 电阻 R20 ～ R23 与电容 C5 ～ C8 组成的积分电路构 成回路 ； 电容 C1 ～ C4、 C5 ～ C8 正极端分别通过 B5、 B8 总线分别连接单片机 U1、 U5， 电容 C1 ～ C4 负极端及电池单体 Cell1 的正极端、 电容 C5 ～ C8 负极端及电池单体 Cell5 正极端 分别通过 B2、 B3 总线分别连接多路开关 U6、 U9 ； 双向可控硅 Q1 ～ Q4、 Q15 ～ Q18、 Q5 ～ Q8、 Q10 ～ Q13 的 T1 端分别通过电阻 R1 ～ R4、 R24 ～ R27、 R10 ～ R13、 R15 ～ R18 分别与电池 单体 Cell1 ～ Cell4、 Cell5 ～ Cell8 的正极相连， 双向可控硅 Q1 ～ Q4、 Q15 ～ Q18 的 G 端 分别通过 B1、 B4 总线连接单片机 U3， 双向可控硅 Q1 ～ Q4 和 Q15 ～ Q18 的各 T2 端相连 ； 双 向可控硅 Q9、 Q14 的 T1 端分别通过电阻 R14、 R19 分别与电池单体 Cell 4、 Cell8 的负极相 连， 双向可控硅 Q9、 Q14、 Q5 ～ Q8、 Q10 ～ Q13 的各 T2 端相连， 双向可控硅 Q5 ～ Q9、 Q10 ～ Q14 的 G 端分别通过 B6、 B7 总线连接单片机 U3 ； 单片机 U1 、 U5 分别连接多路开关 U6、 U9 且分别通过光电隔离器 U2、 U4 连接单片机 U3， 单片机 U3 分别连接单片机 U1、 U5 且 3 通过 光电隔离器 U7 连接 CAN 总线控制器 U8。
         本发明纯电动公交客车动力电源的 SOC 检测及能量均衡系统的 SOC 检测方法采用 的技术方案包括如下步骤 ： 1） 对单片机 U1、 U5 赋予不同的编码值分别控制多路开关 U6、 U9 的选通状态， 将电池单体 Cell1 ～ Cell8 的电压输入至单片机 U1、 U5 的内部， 计算出各个电 池单体 Cell1 ～ Cell8 的 SOC 值 ； 2） 单片机 U3 由高电平置为低电平， 单片机 U1、 U5 分别将 电池组模块 Bat1、 Bat2 中当前的电池单体的电压、 SOC 值发送到单片机 U3， 单片机 U3 根据 这些数据加权计算出电源总的 SOC 值。
         本发明纯电动公交客车动力电源的 SOC 检测及能量均衡系统的 SOC 能量均衡方法 采用的技术方案是 ： 由单片机 U3 根据单片机 U1、 U5 发送的电池组模块 Bat1、 Bat2 中电池 单体 Cell1 ～ Cell8 的 SOC 值进行比较， 找出 SOC 值最大和最小的电池单体， 发出触发信号 使相应的双向可控硅导通， 将最大和最小的两个电池单体的正极与正极、 负极与负极相连， 实现能量均衡。
         本发明采用双电池组并联结构的电源系统， 通过检测每个电池组单体开路电压， 来综合计算双电池组电源系统的 SOC 值， 根据计算结果， 进行电池单体之间能量的均衡。根 据各个电池组电池单体的 SOC 检测结果， 控制剩余电量较高的电池单体的能量向剩余电量 较低的电池单体流动， 通过双向可控硅构成的无触点开关可快速将不同电量的电池单体联 接起来， 可实现电池能量的快速均衡。每个电池组的电池单体 SOC 值， 电压等信息都可以传 输到主控 CPU， 主控 CPU 可将这些信息通过 CAN 总线传输到电源管理系统， 通过显示终端实 时显示出来， 并可对电池电量不足、 电压欠压等信息进行报警提示。其有益效果是 ： 1、 本发明通过检测双电池组并联结构电源系统的每个电池组单体开路电压来综合估 算双电池组电源系统的 SOC 值， 实时监控 SOC 状态， 检测精度高 ； 每个电池分组中的电池单 体与由电阻和电容组成的积分电路构成回路， 以电容端电压作为输入信号， 电路结构简单， 且可有效消除电动汽车在行驶过程中由于突然加、 减速所造成的电池单体电压瞬时变化带 来的对 SOC 检测的影响， 稳定性好， 成本低廉、 便于日后维护。2、 具有两个 SOC 检测模块， 每个模块都可将相应的电池组中所有电池单体的开路 电压、 SOC 等信息通过光电隔离器传递给主控 CPU， 主控 CPU 可根据这些信息进行电源系 统能量均衡的控制， 因此各模块之间的任务分配较为均衡， 使得整个系统响应快速、 实时性 高； 电池均衡过程中无能量损失， 不但节约了宝贵的电能， 而且能量转换效率高， 大大延长 电池的使用寿命。
         3、 双电池组电池单体之间通过由双向可控硅构成的拓扑结构无触点开关相连， 主 控 CPU 可以触发导通相应的双向可控硅， 从而将不同电量的电池单体联接起来， 实现电池 单体之间能量的快速均衡， 此过程结束后， 双向可控硅自动截止， 无需人工干预。
         4、 主控 CPU 可将电源系统、 电池单体的 SOC、 开路电压等信息通过 CAN 总线传输到 电源管理系统， 以便其通过显示终端实时显示出来， 并可对电池电量不足、 电压欠压等信息 进行报警提示。
         5、 融合了计算机测控技术、 滤波算法和 CAN 总线通讯技术， 可对纯电动公交客车 车载动力电源的 SOC 精确检测， 从而可以实时预测车辆的续航里程， 以便为驾车人员的行 车决策提供有效的参考。 附图说明
         图 1 是车载动力电源系统、 开路电压积分采样电路及电池单体间通过双向可控硅 联接的拓扑结构原理图 ； 图 2 是车载动力电源系统－驱动及控制电路原理图 ； 图 3 是 Cell1 对 Cell5 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 4 是 Cell1 对 Cell6 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 5 是 Cell1 对 Cell7 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 6 是 Cell1 对 Cell8 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 7 是 Cell2 对 Cell5 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 8 是 Cell2 对 Cell6 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 9 是 Cell2 对 Cell7 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 10 是 Cell2 对 Cell8 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 11 是 Cell3 对 Cell5 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 12 是 Cell3 对 Cell6 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 13 是 Cell3 对 Cell7 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 14 是 Cell3 对 Cell8 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 15 是 Cell4 对 Cell5 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 16 是 Cell4 对 Cell6 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 17 是 Cell4 对 Cell7 进行充电时的能量均衡原理图 ； 图 18 是 Cell4 对 Cell8 进行充电时的能量均衡原理图。具体实施方式
         如图 1-2 所示， 纯电动公交客车动力电源由两个电池组模块 Bat1 和 Bat2 并联而 成， 每个电池组模块均由 4 个电池单体依次串联， 其中， 电池组模块 Bat1 由 4 个电池单体Cell1 ～ Cell4 依次串联， 电池组模块 Bat2 由 4 个电池单体 Cell5 ～ Cell8 依次串联。
         每个电池单体分别由电阻和电容组成的积分电路构成回路， 电池单体 Cell1 ～ Cell4 分别由电阻 R6 与电容 C1、 电阻 R7 与电容 C2、 电阻 R8 与电容 C3、 电阻 R9 与电容 C4 组成的积分电路构成回路， 电池单体 Cell5 ～ Cell8 分别由电阻 R20 与电容 C5、 电阻 R21 与 电容 C6、 电阻 R22 与电容 C7、 电阻 R23 与电容 C8 组成的积分电路构成回路。
         电容 C1 ～ C8 上的端电压作为采样信号输入。电容 C1 ～ C4 正极端通过 B5 总线 连接型号为 P87/C591 的单片机 U1 的 P1.2 ～ P1.5 端口， 电容 C1 ～ C4 的负极端以及电池 单体 Cell1 的正极端通过 B2 总线连接到多路开关 U6 的 Y0 ～ Y4 端口 ； 电容 C5 ～ C8 正极 端通过 B8 总线连接到型号为 P87/C59 的单片机 U5 的 P1.2 ～ P1.5 端， 电容 C5 ～ C8 负极 端以及电池单体 Cell5 的正极端通过 B3 总线连接到多路开关 U9 的 Y0 ～ Y4 端口。
         双向可控硅 Q1 ～ Q4 的 4 个 T1 端分别通过电阻 R1 ～ R4 分别与电池单体 Cell1 ～ Cell4 的 4 个正极相连， 双向可控硅 Q1 ～ Q4 的 4 个 G 端通过 B1 总线分别与型号为 P87/ C591 的单片机 U3 的 P0.3 ～ P0.6 相连 ； 双向可控硅 Q15 ～ Q18 的 4 个 T1 端分别通过电阻 R24 ～ R27 分别与电池单体 Cell5 ～ Cell8 的 4 个正极相连， 双向可控硅 Q15 ～ Q18 的 4 个 G 端分别通过 B4 总线分别与单片机 U3 的 P2.3 ～ P2.6 相连， 最后将双向可控硅 Q1 ～ Q4 和 双向可控硅 Q15 ～ Q18 的 T2 端全部连接在一起。
         双向可控硅 Q5 ～ Q8 以及双向可控硅 Q10 ～ Q13 的 T1 端分别通过电阻 R10 ～ R13 以及电阻 R15 ～ R18 分别与电池单体 Cell1 ～ Cell4 以及电池单体 Cell5 ～ Cell8 的正极 相连， 最后将双向可控硅 Q5 ～ Q8 以及双向可控硅 Q10 ～ Q13 的 T2 端全部连接在一起。
         双向可控硅 Q9、 双向可控硅 Q14 的 T1 端分别通过电阻 R14、 电阻 R19 分别与电池 单体 Cell 4、 电池单体 Cell8 的负极相连， 双向可控硅 Q9 和双向可控硅 Q14 的 T2 端与双向 可控硅 Q5 ～ Q8 及双向可控硅 Q10 ～ Q13 的 T2 端相连， 双向可控硅 Q5 ～ Q9 的 G 端通过 B6 总线连接到单片机 U3 的 P1.2、 P1.3 及 P0.0 ～ P0.2 端口， 双向可控硅 Q10 ～ Q14 的 G 端通 过 B7 总线连接到单片机 U3 的 P1.6、 P1.7 及 P2.0 ～ P2.2。
         单片机 U1 的 P0.0、 P0.1、 P0.2 端连接多路开关 U6 的 S0、 S1、 S2 端， 单片机 U5 的 P0.0、P0.1、P0.2 端与多路开关 U9 的 S0、 S1、 S2 端相连。单片机 U1 的数据发送、 接收 端 P3.0/RX、 P3.1/TX 通过光电隔离器 U2 与单片机 U3 的数据接收、 发送端 TX、 RX 端相连， 单 片机 U5 的数据发送、 接收端 P3.0/RX、 P3.1/TX 通过光电隔离器 U4 与单片机 U3 的数据接 收、 发送端 TX、 RX 相连。单片机 U3 的 P1.4、 P1.5 端分别与单片机 U1、 U5 的外部中断输入 端 P3.2 相连 ； 单片机 U1、 U5 的 P0.3 分别连接到单片机 U3 的外部中断输入端 P3.2、 P3.3 ； 单片机 U3 的 CAN 总线数据发送接、 收端 P1.1、 P1.0 通过光电隔离器 U7 与 CAN 总线控制器 U8 的数据接收、 发送端 RXD、 TXD 相连 ； 最后 CAN 总线控制器 U8 将数据发送至 CAN 总线上。
         以下将结合附图 1-2 详细阐述车载动力电源的 SOC 精确检测及能量均衡系统的工 作方法， SOC 精确检测及能量均衡系统的实现方式为 ： 先经积分电路电压采样， 再计算 SOC， 输入主控制单元， 进行能量均衡， 将结果通过 CAN 总线发送给电源管理系统， 并通过显示装 置实时显示。 首先将每个电池组单体开路电压逐个检测， 并送入相应的检测处理单元， 检测 信号经过双二次动态卡尔曼滤波， 滤除干扰信号， 在此基础上计算每个电池单体的 SOC 值。 该结果发送给主控 CPU 进行综合计算分析， 得出双电池组电源系统的 SOC 值， 然后通过 CAN 总线通讯技术发送给电源管理系统， 进行实时显示和监控。其次， 主控 CPU 根据各个电池组电池单体之间 SOC 的差异， 启动能量均衡控制策略， 实现 SOC 较高的电池单体的能量向 SOC 较低的电池单体流动， 达到能量均衡的目的。该方案， 电源系统 SOC 值检测精确， 电池均衡 过程中无能量损失， 不但节约了宝贵的电能， 而且能量转换效率高。
         1、 电源系统 SOC 检测方法 电容 C1 ～ C4 正极端通过 B5 总线连接单片机 U1、 电容 C5 ～ C8 正极端通过 B8 总线连 接单片机 U5， 电容 C1 ～ C8 上的端电压信号即双电池组模块 Bat1、 Bat2 的采样信号， 将双 电池组 Bat1、 Bat2 的采样信号的正极端分别接入到单片机 U1 和单片机 U5 的 P1.2 ～ P1.5 端口。由于端口内部带有 ADC 模数转换模块， 因此通过对单片机 U1 和单片机 U5 的 P0.0、 P0.1、P0.2 端口赋予不同的编码值分别控制多路开关 U6 和多路开关 U9 的选通状态， 经过 1 个采样循环 （为下文描述方便， 5 个采样周期定义为 1 个采样循环， 其中第 1 个采样周期 是为了将双向可控硅 Q1 和双向可控硅 Q15 的 T1 端接地） ， 可保证将所有电池单体 Cell1 ～ Cell8 的电压输入至单片机 U1 和单片机 U5 的内部， 然后经过双二次动态卡尔曼滤波， 滤除 干扰信号可计算出各个电池单体 Cell1 ～ Cell8 的 SOC 值。
         单片机 U3 的 P1.4、 P1.5 由高电平置为低电平时， 单片机 U1 和单片机 U5 的 P3.2 端接收到外部中断请求信号， 触发中断服务程序， 单片机 U1 和单片机 U5 分别将电池组模块 Bat1 和 Bat2 中当前的电池单体的电压、 SOC 值通过数据通讯端口 TX、 RX 发送到单片机 U3 的数据通讯端口 RX、 TX， 单片机 U3 根据这些数据加权计算出双电池组电源系统总的 SOC 值， 该结果通过 CAN 总线发送给电源管理系统， 并通过显示装置实时显示。 2、 电源系统能量均衡方法 单片机 U3 根据单片机 U1 和单片机 U5 发送过来的电池组模块 Bat1 和 Bat2 中电池单 体的 SOC 值， 进行比较， 找出 SOC 值最大和最小的电池单体， 然后发出触发信号使相应的双 向可控硅导通， 将这最大和最小的两个电池单体的正极与正极、 负极与负极相连， 实现能量 的均衡。 SOC 值最大和最小的电池单体可能分别落在电池组模块 Bat1 或者 Bat2 中， 也可能 同时落在 Bat1 或者 Bat2 中， 以下就这三种情形进行分析。
         第一种情况， 当 SOC 值最大的电池单体落在电池组模块 Bat1 中， SOC 值最小的电 池单体落在电池组模块 Bat2 中时 （1） 当电池单体 Cell 1 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 5 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.3、 P2.3、 P1.3、 P1.7 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电平， 脉冲 宽度保持两个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q1、 Q15、 Q6、 Q11 触发导通， 电 池单体 Cell 1 上多余的电量转移至电池单体 Cell 5 中， 当两者电量达到平衡， 双向可控硅 Q1、 Q15、 Q6、 Q11 的 T1 端和 T2 端之间的电流下降为零， T1 端和 G 端也无维持导通所需电压， 因此进入截止状态， 能量均衡结束。图 3 为此过程的工作原理电路图， 为更清晰地描述此过 程， 图 3 中处于截止状态的双向可控硅及其它连线略去， 处于导通状态的双向可控硅直接 以导线代替， 箭头方向为电流流动方向， 下同。
         （2） 当电池单体 Cell 1 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 6 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.3、 P2.4、 P1.3、P2.0 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电平， 脉冲宽度保持三个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q1、 Q16、 Q6、 Q12 触发导 通， 电池单体 Cell 1 上多余的电量转移至电池单体 Cell 6 中， 当两者电量达到平衡， 双向 可控硅 Q1、 Q16、 Q6、 Q12 进入截止状态， 能量均衡结束。图 4 为此过程的工作原理电路图。
         （3） 当电池单体 Cell 1 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 7 的 SOC 值最小， 单片机 U3的 P0.3、 P2.5、 P1.3、P2.1 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电平， 脉冲宽度保持四个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控 Q1、 Q17、 Q6、 Q13 触发导通， Cell 1 上多余的电量转移至 Cell 7 中， 当两者电量达到平衡， Q1、 Q17、 Q6、 Q13 进入截止状 态， 能量均衡结束。图 5 为此过程的工作原理电路图。
         （4） 当电池单体 Cell 1 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 8 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.3、 P2.6、 P1.3、P2.2 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电平， 脉冲宽度保持五个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q1、 Q18、 Q6、 Q13 触发导 通， Cell1 上多余的电量转移至 Cell 8 中， 当两者电量达到平衡， 双向可控硅 Q1、 Q18、 Q6、 Q13 进入截止状态， 能量均衡结束。图 6 为此过程的工作原理电路图。
         （5） 当电池单体 Cell 2 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 5 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.4、 P2.3、 P0.0、P1.7 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电平， 脉冲宽度保持两个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q2、 Q15、 Q7、 Q11 触发导 通， 电池单体 Cell 2 上多余的电量转移至电池单体 Cell 5 中， 当两者电量达到平衡， 双向 可控硅 Q2、 Q15、 Q7、 Q11 进入截止状态， 能量均衡结束。图 7 为此过程的工作原理电路图。 （6） 当电池单体 Cell 2 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 6 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.4、 P2.4、 P0.0、P2.0 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电平， 脉冲宽度保持三个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q2、 Q16、 Q7、 Q12 触发导 通， 电池单体 Cell 2 上多余的电量转移至电池单体 Cell 6 中， 当两者电量达到平衡， 双向 可控硅 Q2、 Q16、 Q7、 Q12 进入截止状态， 能量均衡结束。图 8 为此过程的工作原理电路图。
         （7） 当电池单体 Cell 2 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 7 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.4、 P2.5、 P0.0、P2.1 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电平， 脉冲宽度保持四个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q2、 Q17、 Q7、 Q13 触发导 通， 电池单体 Cell 2 上多余的电量转移至电池单体 Cell 7 中， 当两者电量达到平衡， 双向 可控硅 Q2、 Q17、 Q7、 Q13 进入截止状态， 能量均衡结束。图 9 为此过程的工作原理电路图。
         （8） 当电池单体 Cell 2 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 8 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.4、 P2.6、 P0.0、P2.2 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电平， 脉冲宽度保持五个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q2、 Q18、 Q7、 Q14 触发导 通， 单片机 Cell 2 上多余的电量转移至电池单体 Cell 8 中， 当两者电量达到平衡， 双向可 控硅 Q2、 Q18、 Q7、 Q14 进入截止状态， 能量均衡结束。图 10 为此过程的工作原理电路图。
         (9) 当电池单体 Cell 3 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 5 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.5、 P2.3、 P0.1、P1.7 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电平， 脉冲宽度保持三个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q3、 Q15、 Q8、 Q11 触发导 通， 单片机 Cell 3 上多余的电量转移至单片机 Cell 5 中， 当两者电量达到平衡， 双向可控 硅 Q3、 Q15、 Q8、 Q11 进入截止状态， 能量均衡结束。图 11 为此过程的工作原理电路图。
         (10) 当电池单体 Cell 3 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 6 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.5、 P2.4、 P0.1、P2.0 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电 平， 脉冲宽度保持三个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q3、 Q16、 Q8、 Q12 触发 导通， 电池单体 Cell 3 上多余的电量转移至电池单体 Cell 6 中， 当两者电量达到平衡， 双
         向可控硅 Q3、 Q16、 Q8、 Q12 进入截止状态， 能量均衡结束。图 12 为此过程的工作原理电路 图。
         (11) 当电池单体 Cell 3 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 7 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.5、 P2.5、 P0.1、P2.1 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电 平， 脉冲宽度保持四个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q3、 Q17、 Q8、 Q13 触发 导通， 电池单体 Cell 3 上多余的电量转移至电池单体 Cell 7 中， 当两者电量达到平衡， 双 向可控硅 Q3、 Q17、 Q8、 Q13 进入截止状态， 能量均衡结束。图 13 为此过程的工作原理电路 图。
         （12） 当电池单体 Cell 3 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 8 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.5、 P2.6、 P0.1、P2.2 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电 平， 脉冲宽度保持五个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q3、 Q18、 Q8、 Q14 触发 导通， 电池单体 Cell 3 上多余的电量转移至电池单体 Cell 8 中， 当两者电量达到平衡， 双 向可控硅 Q3、 Q18、 Q8、 Q14 进入截止状态， 能量均衡结束。图 14 为此过程的工作原理电路 图。
         （13） 当电池单体 Cell 4 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 5 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.6、 P2.3、 P0.2、P1.7 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电 平， 脉冲宽度保持五个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q4、 Q15、 Q9、 Q11 触发 导通， 电池单体 Cell4 上多余的电量转移至电池单体 Cell 5 中， 当两者电量达到平衡， 双向 可控硅 Q4、 Q15、 Q9、 Q11 进入截止状态， 能量均衡结束。图 15 为此过程的工作原理电路图。 （14） 当电池单体 Cell 4 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 6 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.6、 P2.4、 P0.2、P2.0 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电 平， 脉冲宽度保持五个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q4、 Q16、 Q9、 Q12 触发 导通， 电池单体 Cell4 上多余的电量转移至电池单体 Cell 6 中， 当两者电量达到平衡， 双向 可控硅 Q4、 Q16、 Q9、 Q12 进入截止状态， 能量均衡结束。图 16 为此过程的工作原理电路图。
         （15） 当电池单体 Cell 4 的 SOC 值最大， 电池单体 Cell 7 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.6、 P2.5、 P0.2、P2.1 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电 平， 脉冲宽度保持五个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q4、 Q17、 Q9、 Q13 触发 导通， 电池单体 Cell4 上多余的电量转移至电池单体 Cell 7 中， 当两者电量达到平衡， 双向 可控硅 Q4、 Q17、 Q9、 Q13 进入截止状态， 能量均衡结束。图 17 为此过程的工作原理电路图。
         （16） 当电池单体 Cell 4 的 SOC 值最大， Cell 8 的 SOC 值最小， 单片机 U3 的 P0.6、 P2.6、 P0.2、P2.2 端口从采样循环的第一个采样周期开始， 由低电平置为高电平， 脉冲宽度 保持五个采样周期的时长， 然后置为低电平， 双向可控硅 Q4、 Q18、 Q9、 Q14 触发导通， 电池单 体 Cell4 上多余的电量转移至电池单体 Cell 8 中， 当两者电量达到平衡， 双向可控硅 Q4、 Q18、 Q9、 Q14 进入截止状态， 能量均衡结束。图 18 为此过程的工作原理电路图。
         第二种情况， 当 SOC 值最大的电池单体落在电池组模块 Bat2 中， SOC 值最小的电 池单体落在电池组模块 Bat1 中 由于电源系统能量均衡电路采用完全对称结构的设计模式， 因此当 SOC 值最大的电池 单体落在电池组模块 Bat2 中， SOC 值最小的电池单体落在电池组模块 Bat1 中时， 其原理、 分析方法及双向可控硅的触发导通控制策略和上述第一种情况下所述完全类似。
         第三种情况， 当 SOC 值最大和最小的电池单体同时在电池组模块 Bat1 或者 Bat2中 当 SOC 值最大和最小的电池单体同时在电池组模块 Bat1 中， 首先找出电池组模块 Bat2 中电池单体 SOC 值最小者， 让电池组模块 Bat1 中 SOC 值最大者对其进行能量均衡， 然后再 找出电池组模块 Bat1 和电池组模块 Bat2 中 SOC 值最大者， 如果 SOC 值最大者仍然落在电 池组模块 Bat1 中， 则继续按上述策略进行能量均衡。如果 SOC 值最大者此时已经落在电池 组模块 Bat2 中， 则将其对电池组模块 Bat1 中 SOC 值最小者进行能量均衡。因此， 采用此种 能量均衡策略， 经过一定的循环周期， 最终整个电源系统的能量达到均衡状态。类似地， 当 SOC 值最大和最小的电池单体同时在电池组模块 Bat2 中时也用同样的分析方法。

    举报
    举报     版权申诉
    版权申诉     PDF格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载
    关 键  词：
    电动 公交 客车 动力 电源 SOC 检测 能量 均衡 系统 方法
      专利查询网所有文档均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
    0条评论

    还可以输入200字符

    暂无评论，赶快抢占沙发吧。

    关于本文
    本文标题：纯电动公交客车动力电源的SOC检测及能量均衡系统与方法.pdf
    链接地址：https://www.zhuanlichaxun.net/p-4300502.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    copyright@ 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
    经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1