论文部分内容阅读
城市轨道交通作为解决城市交通拥堵的最佳途径近年得到快速发展,地铁装备水平也在不断提升。传统内燃式工程车辆在地铁隧道内作业产生的空气和噪音污染一直饱受诟病,伴随动力电池技术的进步,出现了以蓄电池为动力源的电力工程车辆。目前以蓄电池为动力的工程车辆正处在发展期,对电池组的管理还比较简单,仅对电池组整体电压和电量进行检测,与日益完善的电动汽车电池管理系统相比还有差距。为此,本文借鉴电动汽车的动力电池管理技术,针对地铁工程车辆的蓄电池组的管理系统展开研究。本文首先对地铁工程作业车的动力电池选型问题加以讨论,对选择铅酸蓄电池作为机车动力电池组的优势进行分析。然后对铅酸蓄电池的特性和失效模式进行分析,针对引起铅酸蓄电池失效的因素,在电池管理系统的设计过程中加以规避。所以设计的电池管理系统应包含对电池关键参数的实时监测、电池的荷电状态（SOC）估算、电池的安全保护、电池组的均衡管理以及与车辆控制系统之间的信息交互等必要功能,由此提出了蓄电池管理系统的总体架构。特别对电池组单节电压采集方法和电池组的均衡控制方法进行了详细地论证,并确立了相应的方案。本文所设计的电池管理系统由1个主控模块、多个采集模块、均衡模块和上位机显示模块组成。主控模块选用NXP公司的MC9S08DZ60控制芯片,主要接收采集模块传送的单体电池电压、单体电池温度、系统电流和报警信息,计算电池的剩余电量、与上位机触摸屏进行通讯。各采集模块采用NXP公司的MM9Z1638电池管理专用芯片,一个模块可同时检测4块电池的单节电压、单节温度、线路电流,连同报警信息一并上传给中控模块。主控模块与各采集模块之间通过CAN总线进行通讯,均衡模块采用主动均衡法对电池组进行均衡控制。接下来本文对系统主控模块的MCU基本电路、采集模块主芯片的基本电路、采集模块的电压、电流、温度采集电路、电池均衡电路以及通信接口电路及其相应的软件进行了详细设计。为了方便用户对电池组状态进行实时监控,本设计基于QtCreator开发环境设计了上位机显示界面,用以实现用户与系统间的交互。此外,采用安时积分法和开路电压法相结合的方法估算电池组的SOC。本文最后基于程序开发环境Code Warrior、BDM调试器U-Mltilink、4节铅酸电池和电池采集板搭建起实验平台进行基本功能测试,通过实验,检测电池组单节电池电压、电流、温度、SOC估算及均衡控制各功能均可实现,基本达到了设计的预期目标。