基于ARM的电池管理监控系统设计与实现

　　以动力电池为主的电压型储能电源具有功率密度高、循环寿命长、可靠性好以及清洁等优点。所应用的技术领域包括了电动汽车、通信电源、空间电源、新能源发电（风能和太阳能） 等。动力电池作为有限电源，当其串联成组使用时，单体电池的过充和过放是引起电池组容量减少、安全性能降低以及寿命缩短的致命原因。为了减少单体电池的过充放现象，国内外都在研究相应的电池均衡技术，其中尤以基于开关能量转换的有源均衡技术为重点。本文以动力电池组为实验对象，分析了现有的开关变换均衡系统的工作原理，研究如何降低均衡损耗以及如何提高均衡速度，并在此基础上，建立了单体电池模型，最后对均衡电路、系统结构以及均衡策略进行了研究。

　　本文首先分析了磷酸铁锂电池的内在结构和化学反应机理，结合实际应用，构建了扩展卡尔曼滤波复合模型，并在该模型上运用卡尔曼滤波修正算法对电池的剩余电量（soc）进行估计；然后对几种电池组均衡技术进行了探讨和比较，确立了本文所用的一种改进的电池均衡方案；最后以STM32F103C8T6为控制核心进行系统硬件设计。论文分析了系统需求，并且在此基础上，分别从软件和硬件角度建立了动力电池组管理系统，该系统是由数据采样、算法执行、通信管理、保护控制、均衡控制、信息存储等模块组成。数据采样模块用于采集电池电压、电流和温度数据，为电池模型估计算法提供数据依托；算法执行模块根据采集到的数据，在建立好的模型上，运用卡尔曼滤波修正算法实时计算出动力电池当前的剩余电量；通信管理单元主要完成与上位机的通讯；保护控制模块保证了整个电池组在充放电过程中的安全；均衡控制模块是实现均衡的重要手段，电池组采用改进的飞渡电容法均衡技术提高了使用效率，延长了电池组寿命；信息存储模块保存用于估计算法的数据。所选用的微处理器芯片是基于ARM Cortex．M3内核，拥有丰富外设和高速运算能力，程序采用模块化设计，用 C语言编写。

　　本文构建了扩展卡尔曼滤波复合模型，应用卡尔曼滤波修正算法，采用改进的飞渡电容法对电池组进行均衡。实验结果表明，所设计的电池管理系统基本实现了预期要求，在电池组长期使用过程中出现的各单体电池SOC差异方面起到很好的改善作用，基本满足了电池实际应用的要求。