基于ARM的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

　　以動力電池為主的電壓型儲能電源具有功率密度高、循環(huán)壽命長、可靠性好以及清潔等優(yōu)點。所應用的技術(shù)領域包括了電動汽車、通信電源、空間電源、新能源發(fā)電（風能和太陽能） 等。動力電池作為有限電源，當其串聯(lián)成組使用時，單體電池的過充和過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充放現(xiàn)象，國內(nèi)外都在研究相應的電池均衡技術(shù)，其中尤以基于開關能量轉(zhuǎn)換的有源均衡技術(shù)為重點。本文以動力電池組為實驗對象，分析了現(xiàn)有的開關變換均衡系統(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，并在此基礎上，建立了單體電池模型，最后對均衡電路、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及均衡策略進行了研究。

　　本文首先分析了磷酸鐵鋰電池的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和化學反應機理，結(jié)合實際應用，構(gòu)建了擴展卡爾曼濾波復合模型，并在該模型上運用卡爾曼濾波修正算法對電池的剩余電量（soc）進行估計；然后對幾種電池組均衡技術(shù)進行了探討和比較，確立了本文所用的一種改進的電池均衡方案；最后以STM32F103C8T6為控制核心進行系統(tǒng)硬件設計。論文分析了系統(tǒng)需求，并且在此基礎上，分別從軟件和硬件角度建立了動力電池組管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采樣、算法執(zhí)行、通信管理、保護控制、均衡控制、信息存儲等模塊組成。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，運用卡爾曼濾波修正算法實時計算出動力電池當前的剩余電量；通信管理單元主要完成與上位機的通訊；保護控制模塊保證了整個電池組在充放電過程中的安全；均衡控制模塊是實現(xiàn)均衡的重要手段，電池組采用改進的飛渡電容法均衡技術(shù)提高了使用效率，延長了電池組壽命；信息存儲模塊保存用于估計算法的數(shù)據(jù)。所選用的微處理器芯片是基于ARM Cortex．M3內(nèi)核，擁有豐富外設和高速運算能力，程序采用模塊化設計，用 C語言編寫。

　　本文構(gòu)建了擴展卡爾曼濾波復合模型，應用卡爾曼濾波修正算法，采用改進的飛渡電容法對電池組進行均衡。實驗結(jié)果表明，所設計的電池管理系統(tǒng)基本實現(xiàn)了預期要求，在電池組長期使用過程中出現(xiàn)的各單體電池SOC差異方面起到很好的改善作用，基本滿足了電池實際應用的要求。