蓄電池均衡充電系統(tǒng)設(shè)計論文

1、蓄電池均衡充電系統(tǒng)設(shè)計論文 1系統(tǒng)架構(gòu) 基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)蓄電池均衡充電系統(tǒng)包括電源模塊、蓄電池、無線檢測模塊、旁路開關(guān)、均衡管理控制器等幾個部分，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖1所示。系統(tǒng)中無線檢測模塊具有無線收發(fā)功能、DMA功能、A/D轉(zhuǎn)換功能等。無線檢測模塊實時監(jiān)測每個單體電池的電壓、電流、溫度、充電狀態(tài)等參數(shù)，當(dāng)單體電池電壓達(dá)到其設(shè)定值時，無線檢測模塊則控制旁路開關(guān)閉合，從而停止對該單體電池充電。同時無線檢測模塊把相關(guān)參數(shù)通過ZigBee無線傳輸?shù)骄夤芾砜刂破髦?，均衡管理控制器計算處理相關(guān)參數(shù)，再通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出指令給電源模塊，電源模塊根據(jù)指令來選擇當(dāng)前需要的充電控制策略。本系統(tǒng)

2、通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)不同充電策略的及時切換，對蓄電池充電過程實行閉環(huán)控制，有效防止了過充現(xiàn)象，延長了蓄電池的循環(huán)使用壽命。ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有3種拓?fù)湫问剑盒切瓮負(fù)?、樹形拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。星形連接結(jié)構(gòu)比較簡單，只能組建包含比較少的無線網(wǎng)絡(luò)。樹形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以構(gòu)造更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，適合于設(shè)備分布范圍比較廣的應(yīng)用。 2無線檢測模塊硬件設(shè)計 無線檢測模塊主要由采集電路和無線通信芯片CC2530兩部分組成。CC2530芯片連接有Uart接口、JTAG調(diào)試接口、32.768HZ實時時鐘電路和32MHZ系統(tǒng)時鐘電路。采集保護(hù)模塊能檢測蓄電池的即時電壓、電流、溫度。當(dāng)檢測到蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值

3、時，則繼電線路工作，使旁路開關(guān)K閉合，停止對該單體電池充電，有效地防止了蓄電池的過充。其中，在繼電器驅(qū)動電路中加入二極管用于繼電器斷電瞬間將繼電器線圈產(chǎn)生的較大的反向電動勢釋放，從而起到保護(hù)三極管的作用。如檢測到蓄電池的過壓、過流、溫度過高時，則報警電路工作，提醒運行維護(hù)人員查找故障原因。 3蓄電池均衡充電系統(tǒng)的軟件設(shè)計 3.1Z-Stack軟件架構(gòu) ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的軟件開發(fā)平臺采用IAREW集成開發(fā)環(huán)境。整個Z-Stack采用分層的軟件結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)抽象層OSAL實現(xiàn)了一個易用的操作系統(tǒng)平臺，通過時間片輪轉(zhuǎn)函數(shù)實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度，提供多任務(wù)處理機(jī)制。用戶可以調(diào)用OSAL提供的相關(guān)API進(jìn)

4、行多任務(wù)編程，將自己的應(yīng)用程序作為一個獨立的任務(wù)來實現(xiàn)。如果同時有幾個事件發(fā)生，判斷優(yōu)先級，逐次處理事件。整個Z-Stack的主要工作流程大致分為：系統(tǒng)啟動，驅(qū)動初始化，OSAL初始化和啟動，進(jìn)入事件輪詢階段。 3.2協(xié)調(diào)器節(jié)點的軟件設(shè)計 協(xié)調(diào)器在整個系統(tǒng)中的作用是，建立并監(jiān)視管理ZigBee網(wǎng)絡(luò)，自動允許其它節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)的請求，收集無線檢測模塊和電源模塊傳來的相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過串口232總線發(fā)給上位機(jī)，同時接收上位機(jī)發(fā)出的指令，并傳送給無線檢測模塊、電源模塊控制其采取相應(yīng)的處理措施。如果某一檢測節(jié)點在一段時間內(nèi)沒有上報信息，協(xié)調(diào)器則判斷當(dāng)前節(jié)點出現(xiàn)故障，報警裝置則啟動，通知運行維護(hù)人員進(jìn)行處理

5、。 3.3無線檢測模塊軟件設(shè)計 無線檢測模塊上電初始化完成后，首先讀取電池當(dāng)前的電壓、電流、溫度等信息，然后發(fā)送廣播信息請求與協(xié)調(diào)器組網(wǎng)。無線檢測模塊成功組網(wǎng)后，發(fā)送電池信息，并做出相應(yīng)的動作，若判斷電池信息有誤，則等待主機(jī)指示。 4結(jié)論 在蓄電池均衡充電系統(tǒng)中，采用ZigBee協(xié)議的無線通信芯片構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化的電池檢測和控制系統(tǒng)，解決了有限網(wǎng)絡(luò)存在的布線、維護(hù)和擴(kuò)展性等問題。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)蓄電池均衡充電系統(tǒng)以CC2530芯片為核心，可對鋰電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘電池等蓄電池進(jìn)行均衡充電管理。經(jīng)試驗證明，系統(tǒng)可以很好的完成電池數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理等，實現(xiàn)對各單體電池的均衡充電管理，有效的延長了電池的