蓄电池监控系统绪论

在当今世界能源日益短缺、新能源技术迅速发展的大趋势下，大存储容量的蓄电池组新能源系统已得到了广泛应用，如新能源电动汽车、UPS、发电厂及变电站直流系统等，各种新技术不断涌现出来。将许多颗的蓄电池单体串联起来组成蓄电池组，在各种系统的运行中，蓄电池的充电和放电过程会频繁发生。蓄电池的故障多数是由于过充放电或者放电不足而引起，从而导致由于某颗或者某几颗蓄电池的故障而导致蓄电池组大面积的故障和损坏，甚至造成电力系统或者其它设备运行的风险，而这种风险往往容易让人忽视。因此，能够实时准确的检测各单体蓄电池充放电的充放电压、温度的变化、蓄电池电流参数等，及时发现“动力”减弱的蓄电池，对于保持整组蓄电池的“工作状态”及延长“寿命”，提高电力系统及设备运行的稳定性具有重大意义。

本课题设计了一套蓄电池组充电放电监控统，克服了布线多、线路长、通讯易受干扰的缺点，使得该设计具有良好的控制性能和推广前景。像新能源汽车、太阳能绿色建筑、风力发电存储及直流供电系统等大量使用蓄电池组的环境中，都可以用到此应用系统。

电池管理系统（Battery Management System，缩写为 BMS）的主要作用是监测电池组的运行状态，调整电池充电模式，提高蓄电池的放电能力，延长蓄电池的使用寿命，从而降低运行成本，让电池组的可靠性进一步提高。在新能源电动车的研究和发展中，蓄电池是整个新能源车子动力源，车子里面所有的电气系统都依赖于蓄电池，没有蓄电池提供稳定的电力源，新能源车子将无法稳定和安全的启动。因此，蓄电池的发展水平已成为制约新能源车发展的

关键因素。主要原因如下：

（1）目前，高效高能的蓄电池的成本很高，难以大规模的生产，而普通蓄电池的储能有限，导致电动车行使距离不远，无法满足新能源电动车的行驶要求。

（2）普通蓄电池的故障率高、寿命短。

（3）蓄电池组是靠许多单体蓄电池串联起来为新能源车提供能量的，当某一颗单体蓄电池出现故障，就会影响整组蓄电池供电性能，甚至使本组其它健康的蓄电池的寿命缩短和供电性能受到严重影响。

（4）在电动车的行驶中，是通过显示剩余电量来提示司机车子还可以行使多久，让司机做好充电准备，不至于让车子抛锚在半路上。参考电池的剩余电量可以很直接的知道电池是处于过充或者过放状态，可以很容易的知道电池的运行状况，并快速做出评

估。电池发生的电化学反应非常复杂，并且极易受到外界各种因素的影响，实际上，想精确估测电池电量，其实是非常困难的。因此，如何将电池管理系统应用到新能源电动车上，已成为今后新的研究热点。无论是哪种类型的蓄电池，生产厂家都宣称自己的产品为免维护电池，并承诺电池的使用寿命可以达到 20 年，这样一般人都会认为电池完全不需要维护和管理，因此，在电池运行之后基本上不会去维护和管理。当运行一段时间后，会 发现电池出现许多意想不到的问题，损坏率增加，由于没有及时更换，甚至造成电池组大面积的损坏，电池电压低，续航能力差。影响蓄电池运行的因素包括：蓄电池的选型配组；串并联方式；电缆与螺丝安装是否牢固；浮充与均充设定是否正确；蓄电池组运行环境等； 硬件开发环境

本系统需要设计的电路板主要是各个节点电路，由于与上位机连接的接收器仅是节点电路的通讯部分，可以用节点硬件电路进行代替。选用 Protel 99 作为硬件的开发工具，是因为 Protel 99 是一款在 Windows 平台上做了纯 32 位代码优化运行稳定且高效的 EDA 设计系统，人机界面友好，很有强大的元器件编辑功能，拥有自动布局设计功能，很完善的监测功能，很方便的实现信号仿真。

系统硬件设计

蓄电池充放电无线监控系统由单体模块、采集监视模块、终端监视模块 3 部分组成，如图 1 所示。远程电机车驾驶室和充电房配有终端监视模块，蓄电池组配有电气参数采集监视模块和单体模块。系统无线通信包含 2 种情况: ① 蓄电池组在充电房进行充电时与终端监视模块进行数据的实时交互;② 电机车在轨道行驶时，当前蓄电池的性能参数与电机车驾驶室进行数据的实时交互，终端监视模块依据采集监视模块传来的数据信息进行显示、记录和报警等操作。

图 1 蓄电池充放电无线监控系统组成

每个单体电池装配以 STM32F101 芯片为核心的参数采集单元，负责采集电池的电压、温度参数并通过级联的串口线传输数据。众多采集单元之间有数据通信，从而构成单体模块。单体模块传来的串口信号经光耦隔离上传给采集监视模块。

采集监视模块是整个蓄电池充放电无线监控系统的核心，由均采用 STM32F101 芯片的采集模块和监视模块组成。与单体模块通信的采集模块负责对采集的参数进行分析、处理; 与采集模块进行串口通信的监视模块主要负责将采集模块处理后的数据一路送往触摸屏进行实时显示，一路经 CC1101 无线通信模块发

往终端监视模块终端监视模块根据远程发送来的蓄电池组电气性能参数，判断蓄电池工作状况，然后发出相应指令给采集监视模块。同时，还要将这些参数发送到触摸屏进行显示和参数记录 。