专利名称：一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种充电电池管理系统，特别涉及一种电动汽车纳米太阳能充电电池
管理系统。
背景技术：
随着经济的发展和社会的进步，人们对能源提出了越来越高的要求，寻找新能源已成为当前人类面临的迫切课题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性，太阳能被认为是二十一世纪最重要的能源，但是目前所采用的太阳能充电管理技术，充电时间长、寿命短，成为了太阳能充电的技术瓶颈。
发明内容
由鉴于此，本发明的目的是提供一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统，运行灵活，高效可靠，且容易进行规模扩充，易实现模块化系统集成，能够较好地解决纳米太阳能充电电池在目前的光伏发电系统中所面临的问题。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案
一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统，其中，包括控制器、接口电路、驱动电路和充放电控制模块；所述驱动电路与控制器的PWM输出端连接，驱动电路的另一端连接充放电控制模块，充放电控制模块经接口电路与控制器连接；所述的充放电控制模块包括DC/DC直流变换器、负载和N个蓄电池充放电单元，N彡I ;纳米太阳能充电电池连接DC/DC直流变换器，DC/DC直流变换器分别经直流母线和N个蓄电池充放电单元及负载连接；所述的N个蓄电池充放电单元中的每一个均包括一双向DC/DC直流变换器和蓄电池两部分。进一步，所述所述电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统还包括电压检测电路，电压检测电路与控制器连接。进一步，所述电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统还包括温度检测电路，温度检测电路与控制器的I/o端口连接。进一步，所述驱动电路采用P沟道MOSFET驱动电路。进一步，所述电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统还包括键盘电路和IXD显示电路，键盘电路和IXD显示电路与控制器的I/O端口连接。进一步，所述电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统还包括声光告警电路，声光告警电路与控制器的I/o端口连接；所述声光告警电路包括发光二极管、继电器和蜂鸣器。一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理方法，其中，包括充电步骤和放电步骤，所述充电步骤包括(I)检测各蓄电池荷电量，将满荷电和已被开启充放电的蓄电池从荷电量序列中去掉，然后按照各个蓄电池荷电多少对其余电池进行排列，将荷电量不满且缺量最多的蓄电池作为第一个充电的电池，然后依次确定充电次序；
(2)当第一个充电器的充电电流达到其蓄电池的最佳充电电流时，转入保护充电模式，对其开始进行恒流充电；(3 )开启第二个充电器，将其添加到被控制队列中，依次类推。进一步，所述放电步骤包括(I)实时计算/7。与凡之差，并以此计算出需放电的蓄电池数/ f，计算时以单个蓄电池的最佳放电电流ifb为条件，即ij = —；
(2)按照各个蓄电池荷电多少对其余电池进行排列，先从荷电量最大的蓄电池开始放
电；
(3)当Po与pL之差减小时，以相反的顺序断开蓄电池充放电单元；当所有蓄电池端电压到达设置的放电终止电压后,立刻停止放电。本发明的有益效果为
本发明运行灵活，高效可靠，整体寿命得到了提高，且容易进行规模扩充，易实现模块 化系统集成，能够较好地解决纳米太阳能充电电池在目前的光伏发电系统中所面临的问题。由于纳米太阳能充电电池组容量是可以灵活变化的，在需要扩充规模时，只需增加光伏电池板、纳米太阳能充电电池充电单元、更改控制软件程序即可。本发明具有充电快、寿命长、效率高、绿色环保、灵活性大的特点，是其他能源管理系统而无法比拟的，具有很大的应用前景。本发明性能稳定，具有过充过放保护和温度补偿功能，不仅提高了电动汽车纳米太阳能电池充电的工作效率，同时也保护了所使用的车载电池。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。
图I为本发明的原理框 图2为本发明充放电控制模块的电路原理 图3为本发明驱动电路原理图。
具体实施例方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。如图I所示，本发明包括控制器、接口电路、驱动电路、键盘电路、声光告警电路、电压检测电路、键盘电路、LCD显示电路、温度检测电路和充放电控制模块。控制器采用AVRmega 32，驱动电路与控制器的PWM输出端连接，驱动电路的另一端连接充放电控制模块，充放电控制模块经接口电路与控制器连接；键盘电路、LCD显示电路、温度检测电路均与与控制器的I/O端口连接；电压检测电路连接控制器。阀控密封纳米铅酸蓄电池具有蓄能大，安全和密封性能好，寿命长，免维护等优点，在光伏系统中被大量使用。阀控密封纳米铅酸蓄电池充电过程有3个阶段初期(OA)电压快速上升；中期(ABC)电压缓慢上升，延续时间较长；C点开始为充电末期，电压开始上升；接近D点时，蓄电池中的水被电解，应立即停止充电，防止损毁电池。所以对蓄电池充电，通常采用的方法是在初期、中期快速充电，恢复蓄电池的容量；在充电末期采用小电流长期补充电池因自放电而损失的电量。
蓄电池放电过程主要有三个阶段开始(OE)阶段电压下降较快冲期(EFG)电压缓慢下降且延续较长的时间； 在最后阶段G点后，放电电压急剧下降，应立即停止放电，否则将会给蓄电池照成不可逆转的损坏。因此，如果对阀控密封铅酸蓄电池充放电控制方法不合理，不仅充电效率降低，蓄电池的寿命也会大幅缩短，造成系统运行成本增加。在蓄电池的充放电过程中，除了设置合适的充放电阈值外，还需要对充放电阈值进行适当的温度补偿，并进行必要的过充电和过放电保护。根据阀控密封铅酸蓄电池的特点，控制器利用MCU的PWM功能对纳米太阳能电池进行充电管理。若太阳能电池正常充电时蓄电池开路，控制器将关断负载，以保证负载不被损伤；若在夜间或太阳能电池不充电时蓄电池开路，由于自身控制器得不到电力，不会有任何动作。当充电电压高于保护电压(15V)时，自动关断对蓄电池的充电；此后当电压掉至维护电压(13.2 V)时，蓄电池进人浮充状态，当低于维护电压(13.2 V)后，浮充关闭，进入均充状态。当蓄电池电压低于保护电压(10. 8 V)时，控制器自动关闭负载，以保护电池不受损坏。若出现过放，应先进行提升充电，使蓄电池的电压恢复到提升电压后再保持一定时间，防止蓄电池出现硫化。通过PWM控制充电电路(智能三阶段充电)，可使纳米太阳能电池板发挥最大功效，提高系统的最大充电效率。温度检测电路采用数字温度传感器DS18820检测蓄电池环境温度。对蓄电池的充电阈值电压温度补偿系数取_4mV / (°C 单体)。补偿后的电压阈值可以用以下公式表示Ve=V+(t-25) a n。其中，Ve为补偿后的电压阈值；V为25°C下的电压阈值；t为蓄电泄环境温度 ’ a为温度补偿系数；n为串联的单体数。控制器对过放电压阈值不做补偿。本发明属于串联型，即控制充电的开关是串联在纳米太阳能电池板与蓄电池之间的，相对于并联型控制器能够更有效地利用太阳能，减少系统的发热量。设计中用MOSFET实现开关。MOSFET是电压控制单极性金属氧化物半导体场效应晶体管，所需驱动功率较小。而且MOSFET只有多数载流子参与导电，不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，特别适合作为PWM控制充电开关。为此，驱动电路采用P沟道MOSFET驱动电路。P沟道MOSFET的导通电压Vth〈0，由图4可以实现MOSFET的驱动。当Q2导通时，由于Q2的Vce很小，可以认为Ql的G极接地，Vgs〈0，当Vin达到一定值时，Ql导通。键盘电路采用单按键的输入方式，用于开液晶背光和设定充电模式。初始化时将PC7输出高电平，在程序运行过程中，通过定时中断检测是否有按键按下。当有按键按下时间不超过10 s时，则打开液晶背光，10 s后背光关闭。当有按键按下时间超过IOs时，进入模式设定。在设定模式下，每按一次模式加1，按下按键10 s后或者10 s按键无任何动作，模式保存到E2PR0M中，退出设定模式。IXD显示电路采用IXD1602液晶显示器显示系统的状态信息，包括电池电压、负载功率等。IXD1602采用7线驱动法，Vo接I kQ电阻到地，用于调节液晶显示对比度。显示数据和指令通过IXD1602的DB4 DB7写入。当出现过压或过放时，声光告警电路相应的发光二极管闪烁以及蜂鸣器告警，同时相应告警继电器接通。电压检测电路用于识别光照的强度和获取蓄电池端电压。温度检测电路用于蓄电池充电温度补偿。本发明采用PWM方式驱动充电电路，控制纳米太阳能电池的最优充放电。如图2所示，充放电控制模块包括DC/DC直流变换器、负载和N个蓄电池充放电单元，N > I ;纳米太阳能充电电池连接DC/DC直流变换器，DC/DC直流变换器分别经直流母线和N个蓄电池充放电单元及负载连接；N个蓄电池充放电单元中的每一个均包括一双向DC/DC直流变换器和蓄电池两部分。本发明 采用动态功率跟踪匹配法加以控制，即根据实时功率差，动态地匹配充放电的蓄电池容量(蓄电池个数)，也就是动态地变换系统结构，从而实现最佳充放电。太阳能纳米充电电池经DC/DC变换器与负载和N个蓄电池充放电单元相连，负载可以变化。每个蓄电池充放电单元包括双向DC/DC变换电路扎和蓄电池两部分，蓄电池侧为低压侧，能够实现升压和降压。该双向变换电路能实现高低压侧的有效电气隔离，效率高，控制灵活。与传统光伏系统相比，本发明运行灵活，高效可靠，整体寿命得到提高；且容易进行规模扩充，易实现模块化系统集成，能够较好地解决蓄电池在目前的光伏发电系统中所面临的问题。由于蓄电池组容量是可以灵活变化的，所以需要扩充规模时，只需增加光伏电池板、增加并联的DC/DC变换器数目和增加蓄电池个数，由控制器进行控制即可。光伏电池的最大功率点电压、电流在不同的情况下是变化的。所以，在负载不变的情况下，就需要系统同时调节充电电流来协调光伏电池最大功率跟踪，这样才能实现光伏电池最大功率输出。为了实现光伏电池最大功率输出时对蓄电池进行最佳充放电，负载确定后，控制器同时同方向调整DC/DC变换器和充电器的占空比久实现最佳充电，也使放电的蓄电池按最佳放电电流放电。在光伏电池运行于最大功率点的前提下，本系统方案包括
1)规定负载的最高限值，保证蓄电池能完成晚间或阴天的单独供电；
2)充电时，同时调节光伏工作点跟踪DC/DC变换器和双向DC/DC变换器，由其动态地确定需充电蓄电池数；
3)放电时，同样要判断光伏输出功率和负载功率的最大差，以此来确定参加放电的蓄电池数；
4)充放电都要维持蓄电池的最佳充放电模式。直流母线电压和DC/DC变换器输出电压及负载输入电压相等，总充放电电流i。为DC/DC变换器输出电流与负载电流之差。设DC/DC变换器输出电压U。,输出电流i。，输出功率/V负载电流iL，负载功率A，总充电电流i。，各充放电单元高压侧电流im，低压侧电流ij，蓄电池电压为充放电单元的个数)，则
权利要求
1.一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统，其特征在于包括控制器、接口电路、驱动电路和充放电控制模块；所述驱动电路与控制器的PWM输出端连接，驱动电路的另一端连接充放电控制模块，充放电控制模块经接口电路与控制器连接；所述的充放电控制模块包括DC/DC直流变换器、负载和N个蓄电池充放电单元，N彡I ;纳米太阳能充电电池连接DC/DC直流变换器，DC/DC直流变换器分别经直流母线和N个蓄电池充放电单元及负载连接；所述的N个蓄电池充放电单元中的每一个均包括一双向DC/DC直流变换器和蓄电池两部分。
2.根据权利要求I所述的一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统，其特征在于所述所述电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统还包括电压检测电路，电压检测电路与控制器连接。
3.根据权利要求I或2所述的一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统，其特征在于所述电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统还包括温度检测电路，温度检测电路与控制器的I/O端口连接。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统，其特征在于所述驱动电路采用P沟道MOSFET驱动电路。
5.根据权利要求4所述的一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统，其特征在于所述电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统还包括键盘电路和LCD显示电路，键盘电路和IXD显示电路与控制器的I/O端口连接。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统，其特征在于所述电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统还包括声光告警电路，声光告警电路与控制器的I/O端口连接；所述声光告警电路包括发光二极管、继电器和蜂鸣器。
7.一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理方法，其特征在于包括充电步骤和放电步骤，所述充电步骤包括(I)检测各蓄电池荷电量，将满荷电和已被开启充放电的蓄电池从荷电量序列中去掉，然后按照各个蓄电池荷电多少对其余电池进行排列，将荷电量不满且缺量最多的蓄电池作为第一个充电的电池，然后依次确定充电次序； (2)当第一个充电器的充电电流达到其蓄电池的最佳充电电流时，转入保护充电模式，对其开始进行恒流充电； (3 )开启第二个充电器，将其添加到被控制队列中，依次类推。
8.根据权利要求7所述的一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理方法，其特征在于所述放电步骤包括(I)实时计算A5与凡之差，并以此计算出需放电的蓄电池数Z7f，计算时以单个蓄电池的最佳放电电流ifb为条件，即= — i^nf=IJ\im\ ； (2)按照各个蓄电池荷电多少对其余电池进行排列，先从荷电量最大的蓄电池开始放电； (3)当Po与pL之差减小时，以相反的顺序断开蓄电池充放电单元；当所有蓄电池端电压到达设置的放电终止电压后,立刻停止放电。
全文摘要
本发明公开了一种电动汽车纳米太阳能充电电池管理系统，其中，包括控制器、接口电路、驱动电路和充放电控制模块；所述驱动电路与控制器的PWM输出端连接，驱动电路的另一端连接充放电控制模块，充放电控制模块经接口电路与控制器连接；所述的充放电控制模块包括DC/DC直流变换器、负载和N个蓄电池充放电单元，N≥1；纳米太阳能充电电池连接DC/DC直流变换器，DC/DC直流变换器分别经直流母线和N个蓄电池充放电单元及负载连接；所述的N个蓄电池充放电单元中的每一个均包括一双向DC/DC直流变换器和蓄电池两部分。本发明运行灵活，高效可靠，且容易进行规模扩充，易实现模块化系统集成，能够较好地解决纳米太阳能充电电池在目前的光伏发电系统中所面临的问题。
文档编号H02J7/00GK102709971SQ20121016849
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者李复活 申请人:河南速达电动汽车科技有限公司