基于ARM的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　以動(dòng)力電池為主的電壓型儲(chǔ)能電源具有功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、可靠性好以及清潔等優(yōu)點(diǎn)。所應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域包括了電動(dòng)汽車、通信電源、空間電源、新能源發(fā)電（風(fēng)能和太陽(yáng)能） 等。動(dòng)力電池作為有限電源，當(dāng)其串聯(lián)成組使用時(shí)，單體電池的過(guò)充和過(guò)放是引起電池組容量減少、安全性能降低以及壽命縮短的致命原因。為了減少單體電池的過(guò)充放現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外都在研究相應(yīng)的電池均衡技術(shù)，其中尤以基于開(kāi)關(guān)能量轉(zhuǎn)換的有源均衡技術(shù)為重點(diǎn)。本文以動(dòng)力電池組為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分析了現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)變換均衡系統(tǒng)的工作原理，研究如何降低均衡損耗以及如何提高均衡速度，并在此基礎(chǔ)上，建立了單體電池模型，最后對(duì)均衡電路、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及均衡策略進(jìn)行了研究。

　　本文首先分析了磷酸鐵鋰電池的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，構(gòu)建了擴(kuò)展卡爾曼濾波復(fù)合模型，并在該模型上運(yùn)用卡爾曼濾波修正算法對(duì)電池的剩余電量（soc）進(jìn)行估計(jì)；然后對(duì)幾種電池組均衡技術(shù)進(jìn)行了探討和比較，確立了本文所用的一種改進(jìn)的電池均衡方案；最后以STM32F103C8T6為控制核心進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。論文分析了系統(tǒng)需求，并且在此基礎(chǔ)上，分別從軟件和硬件角度建立了動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采樣、算法執(zhí)行、通信管理、保護(hù)控制、均衡控制、信息存儲(chǔ)等模塊組成。數(shù)據(jù)采樣模塊用于采集電池電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)，為電池模型估計(jì)算法提供數(shù)據(jù)依托；算法執(zhí)行模塊根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，在建立好的模型上，運(yùn)用卡爾曼濾波修正算法實(shí)時(shí)計(jì)算出動(dòng)力電池當(dāng)前的剩余電量；通信管理單元主要完成與上位機(jī)的通訊；保護(hù)控制模塊保證了整個(gè)電池組在充放電過(guò)程中的安全；均衡控制模塊是實(shí)現(xiàn)均衡的重要手段，電池組采用改進(jìn)的飛渡電容法均衡技術(shù)提高了使用效率，延長(zhǎng)了電池組壽命；信息存儲(chǔ)模塊保存用于估計(jì)算法的數(shù)據(jù)。所選用的微處理器芯片是基于ARM Cortex．M3內(nèi)核，擁有豐富外設(shè)和高速運(yùn)算能力，程序采用模塊化設(shè)計(jì)，用 C語(yǔ)言編寫。

　　本文構(gòu)建了擴(kuò)展卡爾曼濾波復(fù)合模型，應(yīng)用卡爾曼濾波修正算法，采用改進(jìn)的飛渡電容法對(duì)電池組進(jìn)行均衡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期要求，在電池組長(zhǎng)期使用過(guò)程中出現(xiàn)的各單體電池SOC差異方面起到很好的改善作用，基本滿足了電池實(shí)際應(yīng)用的要求。