电单车锂电池SSB蓄电池电源管理系统设计

2025-11-13 19:32:50

摘要：电池是当代社会中运用最广泛的动力之一，它在为咱们提供各种能量时，也能为人类带来巨大方便。但随着人们生活水平不断进步和对环保意识的增强，如安在动力与环境的双重难题下进步电源体系的充放电功率，到达节能减排的意图则值得深化思考。本文规划一种电单车锂电池蓄电池办理体系，希望进一步进步电源充放电功率，以完成快速充电，并树立电池模型剖析电单车锂电池蓄电池电源办理体系，提出锂电池蓄电池均衡操控战略，以完成锂电池蓄电池的精准操控。

关键词：锂电池；蓄电池；双电源；均衡操控

在电池中，锂离子动力电池是一种运用比较广泛的新型动力。它具有高能量密度、低电压输出和运用寿命长等长处。然而传统的燃料汽车在实践运用进程当中存在充电速度慢，作业功率较低而且不能满意车辆用电需求大等等问题。蓄电池也成为二次电池，是直流体系不可缺少的设备，被广泛的运用于变电站中。其运用优势在于放电后，能够用充电的方法使内部活性物质再生--把电能储存为化学能;需求放电时再次把化学能转换为电能[1]。本文则以锂电池蓄电池规划一种智能操控的电单车电源体系，以锂电池为体系目标、用锂离子作为主要化学传感器完成电能与电量检测。经过双电平衡原理来操控设备电源升压、升流降到达监测电池作业状况的意图；一起该方法又可在充电结束后进行维护，当负载断开时再主动切断电源供电[2]。本文希望在锂电池与蓄电池优势引导的根底上，完成电单车电源体系充放电功率的进步，进步电源的运用功率，也满意是新时代双碳建造目标，到达节能减排的意图。

1锂电池蓄电池电源办理体系技能方案

1.1体系结构

本次规划的电单车锂电池蓄电池电源办理体系结构组成为单片机操控模块、负载模块、锂电池模块、充放电模块以及蓄电池组模块五大结构组成[3]。依据单片机完成双电源性的智能操控，以外部电源实时监测并调整蓄电池的充电状况，一旦蓄电池模块电量到达预订值，此刻，单片机则经过智能操控的方法操控继电器切断充电电源，并操作蓄电池模块针对锂电池模块完成充电。当锂电池模块充溢电后，体系此刻主动断开电路，以锂电池和蓄电池供电的方法，驱动体系负载电路运转[4]。

1.2锂电池模块

在电单车的运转中，因为电单车运转的需求，一块电池板一般由几百节电池单体组成，锂离子电池是目前电单车电池体系的主要挑选，锂离子电池具有作业寿命长、安全性高、可靠性强以及自放电率高级优势[5]。电单车在运转的进程中，在杂乱工况下若只是简单地运用传感器完成电池荷电状况的确认，其实时性和准确性是难以保障的，要确认最终的荷电状况就需求依靠电力模型来反响电池实践的动态性能特色，并考虑到模型核算的准确性和杂乱性。以等效电路模型来说，其主要是在运用电感、电容、电流源、电压源的根底上，依照不同的组合方法来表明电池内外部作业特性[6]。

1.3蓄电池模块

蓄电池模块是锂电池蓄电池电源办理体系中的中心部分，蓄电池模块的中心规划要点在于两部分，分别为蓄电池充放电模块的规划以及蓄电池组模块规划。

1.3.1蓄电池充放电模块

蓄电池充放电功率与充放电功率、充电最大电压、放电深度以及串联等效电阻等有关[7]。本次规划的锂电池蓄电池电源办理体系，以恒电流形式完成充电，依据需求挑选5V/1A规格的电源完成蓄电池单体充电，蓄电池的规格为3V、150F，且每次充电时刻为80s。以蓄电池作为锂电池蓄电池电源办理体系的储能元件，为保证蓄电池模块运用安全，率先在体系中接入DC/DC变换器，随后将蓄电池接入供电电路中。蓄电池充放电时，电容电压呈现显着的动摇，为此，规划蓄电池充放电模块时，接入DC/DC变换器到达安稳电容电压的意图。本次锂电池蓄电池电源办理体系规划所采用的DC/DC变换器为SP1208芯片，该芯片的优势在于电压安稳，是一款高功率的直流稳压升压芯片，最高可达28V，答应经过的最大电流为2A。且SP1208芯片具有过热维护、短路维护等功能，适用于本次电路规划需求。

1.3.2蓄电池组模块

单个蓄电池器的电压值只要3V，这远远达不到电源体系储能模块的规划要求。针对锂电池蓄电池电源办理体系的规划，本文将多个蓄电池器组合成蓄电池组，以解决体系储能的需求。串联多个蓄电池器时，其内部参数存在较大误差，比如说电池容量误差、漏电流以及ESR不一致等问题的存在，导致蓄电池器充电电压不一致。为保证本次规划的锂电池蓄电池电源办理体系内部充电电压一致，平衡内部参数，树立平衡电压电路，并运用在各个单体蓄电池器上。一般电容器一般与电源衔接，所产生的漏电流状况能够忽略不计，串联电容器时，并不需求规划平衡电路，只需求在一般电容器的两端加上电阻即可，依照并联电阻的方法到达分流的意图[8]。可是对于蓄电池组而言，一旦呈现显着的漏电流状况，会影响储能元件的储能作用，导致体系电能损耗过大。因而，针对锂电池与蓄电池所树立的锂电池蓄电池电源办理体系，蓄电池组的组成应当做到以下几点：其一，因为直流母线电压较高，单体蓄电池的电压相对较低，此刻需求串并联蓄电池，不仅增大了体系建造本钱，如何保证体系均压均流也变得更为杂乱。其二，一般蓄电池两端的最大耐压值在50%—100%的范围内改变，一般蓄电池组存储能量一般到达75%左右。

1.5充电芯片

针对锂电池蓄电池电源办理体系的规划需求，本文挑选TP4056作为充电电路芯片。TP4056芯片的优势在于以恒电流与恒电压完成电路的线性操控，TP4056芯片底部配有散热片和少数的外部元件，促使其能够广泛地运用于便携式电源中。TP4056芯片能够在USB电源以及适配器电源下安稳作业。一起，TP4056芯片内部配有防倒充电路以及MOSFET结构，则不需求在芯片外部额外加装阻隔二极管。充电芯片的热反响效应能够调集储能元件的充电电流，一旦充电芯片的温度升高或者需求进行大功率的操作，则能够调理芯片的作业温度。储能元件作业电压为4.2V，储能元件充电的完成需求在外部设置一个电阻器，当储能元件充电电流到达浮充电压后，对应的充电电流相较于初始电流值下降到10%，此刻充电芯片则停止充电作业；储能元件停止充电后，充电芯片主动调整充电电流形式，下降为低电流充电形式，此刻体系漏电流则下降到2μA以下；即使此刻体系还衔接电源，可是充电芯片则处于停机状况下，对应的供电电流最低可达55μA[9]。

2锂电池蓄电池电源办理体系模型与参数规划

2.1电池模型

锂电池蓄电池电源办理体系在运用的进程中因为锂离子电池与蓄电池器不一致性的存在，存在多种差异。（1）开路电压差异。开路电压差异的呈现需求在电池放电的进程中测量开路电压的状况，并与原始的开路电压比较。（2）容量差异。运转时，能反响电池容量改变的数据是值，可是在存储的进程中因为电池不一致性的存在，也就导致电池可实践运用容量呈现较大改变，进而缩减锂电池蓄电池电源办理体系的运用时刻[10]。（3）SOC差异。SOC受电池剩下容量与可用容量的直接影响，当电池可用容量产生改变时，SOC值也就会相应地改变，进而导致不能彻底发挥电池容量。在正式估量SOC之前，需求明确电池模型来了解电池基本性能，在等效模型的根底上对电池SOC值有用估量。

本文所运用的等效电路模型如图所示。运用等效电路能更好的检测锂离子电池开路电压特性、极化电阻值、电容值等，然后了解电池状况，模仿电池的外部特征。图中是欧姆内阻，是开路电压，极化内阻，是极化电容。运用该模型能展示出电池输入电压实践改变状况，展示电池特性的改变。

图1电池模型

SOC是在一定放电倍率的相同工况下剩下电量与标定容量之间的比值，能够表明为

（5-1）

式中：电池剩下容量，电池标定容量。

依照安时积分法来说，经过电流在时刻上的积分来判断电池充电、放电的电流改变，安时积分法进行核算，实践核算的充电或者是放电进程中电流的改变量，在扣掉原有的根底电流量和标定电容量比值的根底上，就能够确认当时电池SOC的改变量，表明为

（5-2）

式中，其间是初始值，是可用容量，是放电电流。

2.2模型参数辨识

为取得电池OCV-SOC曲线，需求对电池进行脉冲试验，试验过程如下。充溢电池，将其空置3 h，在电池温度恢复到室内温度时，记录电池的开路电压值。在一个脉冲放电周期的条件下，选用3 A恒流状况将电池持续放电180 s，记录电池电压值。放电完成后，将电池静置两个小时。当电池恢复到正常条件时，记录电压值。重复过程，在设定时刻内测定周期性脉冲放电与静置的状况。记录放电进程中的所有参数数据。

在得出测量成果的根底上，在MATLAB软件上作出OCV-SOC曲线，脉冲放电电流、电压如图2所示，得出的OCV-SOC曲线如图3所示。

图2 电池脉冲放电试验

图3 OCV-SOC拟合曲线

在二阶PC模型电路结构的根底上，展开离线参数核算。依据OCV-SOC拟合曲线成果来看，伴随着SOC值的上升；当SOC容量在70%左右时，锂离子进出受阻，大量的锂离子被阻挡在外部，导致短时刻内的极化内阻增大。此刻，电池等效参数则会跟从电池运转状况的改变而改变。

2.3成果剖析

依据模型及参数规划来看，以蓄电池完成电单车锂电池蓄电池电源办理体系的规划，经过外部电源设备供电的方法，在自带升压模块的根底上，外部电源升压，且最大输入电流也上升至5A，最大电压可达12V。经过运用锂电池蓄电池电源办理体系，升压完成后及时给蓄电池充电，此刻大量的电荷进入蓄电池，在设备充溢电后，则会主动地切断外部供电，蓄电池也会缓慢地放电，进入到锂电池中。若蓄电池放电低压低于4V，DC升压模块则会完成输出电压升压，蓄电池的电量全部开释完成，充电功率得到进步。

3锂电池蓄电池电源办理体系电池均衡操控战略

在蓄电池与锂离子电池一起构建的锂电池蓄电池电源办理体系中，电容均衡电路主要以电容为元件，将能量储存在电池单体内，并完成富能电池与亏能电池的搬运，到达能量均衡的意图[11]。在均衡原理下，可分为单电容与多电容均衡电路。单电容均衡电路的运用，在若干BMS操控开关的操控下，让高电压状况下的电池单体将能量向低电压的电池单体移动，在能量转换的进程中，以保证各电池单体的平衡，到达能量均衡。多电容均衡电路下，则运用相同的开关完成电池单体能量由高向低搬运。固定分流电阻均衡法在电池组中对应的电池单体上并联一个相同阻值的分流电阻。均衡阶段，电压较高的电池单体则流经并联分流电阻，且经过的电流大，整体放电的速度会比电池单体的放电速度要快，然后在高电压的根底上完成单体快速放电，到达均衡办理的意图。

虽然容量不一致问题在退役动力电池中是一个普遍的问题，且不论是串联仍是并联都或许产生容量衰减的状况。因而，针对退役动力电池组完成预算时，应当将整个模块视作一个整体预算。将不同可用容量单体电容器串联成一个蓄电池组，在充电的进程中，受电容组最大容量电池和最小容量电池的约束，当最小容量的电池充电完成后，若持续对电池组充电，则或许呈现过度充电的现象，导致电池内部损坏，影响电池的运用寿命。在放电的进程中，因为放电同样受电池最大容量和最小容量的影响，当最小容量电池彻底放电后，或许呈现过度放电的状况，导致电池组损坏。因而，要考虑蓄电池组的安全运用，需求做好耐久性办理。

4总结

综上，在动力问题与环境问题两大发展妨碍下，需求用好可再生新动力及相关材料，而蓄电池器作为一种新型储能装置，具有良好的运用优势，并连续在电单车范畴、电网发电范畴以及动力等众多范畴中完成广泛运用。本文则依据蓄电池这一新型储能装置，结合锂离子电池规划一种依据单片机智能操控的锂电池蓄电池电源办理体系，以完成快速地充放电，并驱动负载电路。