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基于ARM9的蓄电池管理系统的研究

作　者: 陈贵峰
导　师: 张曙光
学　校: 河北农业大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: DS2438 智能充电 Delphi 无线传感网络 CH372 蓄电池管理系统
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着时代的发展,通讯、汽车、发电厂、自动控制等多个领域对蓄电池的需求不断增加。然而,面对发展多年且比较成熟的蓄电池技术,蓄电池管理系统的发展却面临着巨大考验。由于没有合理有效的蓄电池管理系统,使得蓄电池在使用中得实际使用寿命远远达不到理论寿命,从而造成了资源的极大浪费。本文对铅酸蓄电池的工作原理进行了分析,对可能造成蓄电池寿命缩短的原因进行了阐述,对蓄电池的相关参数进行了细致地说明,并设计了蓄电池在线管理系统,系统的主要功能包括蓄电池的数据采集、智能充放电管理、中央收发模块、USB通信模块、上位机模块等。本论文从蓄电池的性能入手进行介绍,并提出了管理系统的解决蓄电池方案。针对产生蓄电池组不均衡原因、失效原因及影响蓄电池寿命的原因进行了概括和总结。介绍了实现本蓄电池管理系统的设计要求、硬件设计,软件设计方案和上位机系统软件的设计。本蓄电池管理系统的数据采集模块使用了DS2438芯片,它以单总线的形式,能直接实时检测电池的运行状态,对蓄电池的电流、电压、温度、剩余容量(SOC)、充放电状态等进行动态测量。使用UC3906芯片对蓄电池进行精确、合理、有效的智能充电,从而延长蓄电池的使用寿命。由于有线网络线路复杂,容易发生故障,维护扩展难度较大,本系统使用NRF24L01加上DS2438结合单片机构成无线传感器网络与中央收发器通讯。上位机系统通过无线传输结合USB数据传输功能,很方便的对数据进行二次处理。本系统的上位机软件采用Delphi 2010进行编写的,上位机软件通过USB接口得到各个站点的数据,使用ADO数据库引擎对数据自动分类存储。使用卡尔曼滤波算法和蓄电池内阻模型对剩余容量(SOC)进行预估。使用插值和拟合的数学方法对蓄电池的寿命进行预估、统计和分析。并使用Delphi 2010中的TDBChart控件对数据进行实时的曲线显示。使用数据进行诊断分析对可能产生的故障、危险进行报警和提示,提高蓄电池管理系统的安全性,提高蓄电池的工作效率和寿命。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-15
  1.1 研究的意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 蓄电池的发展  11-13
    1.2.2 蓄电池管理系统的发展  13-15
第2章铅酸蓄电池的工作原理  15-26
  2.1 蓄电池主要技术参数  15-21
    2.1.1 蓄电池的容量  15-17
    2.1.2 蓄电池的电压  17-18
    2.1.3 蓄电池的温度  18-19
    2.1.4 蓄电池的内阻  19-20
    2.1.5 的自放电率、放电倍率和放电时率  20-21
    2.1.6 蓄电池的老化和寿命  21
  2.2 铅酸蓄电池工作原理  21-22
  2.3 蓄电池状态分析  22-24
  2.4 均衡方法分析  24-26
    2.4.1 均衡的目的和意义  24
    2.4.2 蓄电池组不均衡的原因  24
    2.4.3 均衡方法的探讨  24-26
第3章蓄电池管理系统的总体设计要求  26-32
  3.1 设计要求概述  26-27
    3.1.1 工作条件要求  26
    3.1.2 测量项目和功能要求  26
    3.1.3 热量管理  26-27
    3.1.4 保护环节  27
  3.2 蓄电池检测系统总体设计  27
    3.2.1 系统总体架构  27
    3.2.2 主体器件选择  27
    3.2.3 外围电路芯片选择  27
  3.3 微处理器STC12LE5A60S2  27-29
    3.3.1 概述  27-28
    3.3.2 硬件电路  28-29
  3.4 微处理器53C2440A  29-32
    3.4.1 概述  29
    3.4.2 功能解析  29-32
第4章蓄电池管理系统系统的硬件设计方案  32-52
  4.1 系统总体结构方案  32-33
  4.2 蓄电池管理系统硬件电路方案选择  33-34
  4.3 蓄电池数据采集系统的节点硬件设计  34-44
    4.3.1 蓄电池容错电路  34-35
    4.3.2 数据采集模块  35-37
    4.3.3 均衡控制电路  37
    4.3.4 无线收发模块  37-40
    4.3.5 中央收发器  40
    4.3.6 电源模块  40
    4.3.7 USB 接口电路  40-44
  4.4 内阻的测量  44-49
    4.4.1 等效模型的选择  44-45
    4.4.2 交流注入法原理  45
    4.4.3 电路解析  45-49
  4.5 充电模块的设计  49-52
    4.5.1 概述  49
    4.5.2 电路解析  49-52
第5章蓄电池的数据采集系统的软件设计  52-69
  5.1 系统软件开发平台  52
  5.2 DS2438 的编程协定  52-63
    5.2.1 DS2438 复位程序流程  52-53
    5.2.2 位写入流程图  53-55
    5.2.3 读操作流程图  55-56
    5.2.4 以字节为单位写操作流程图  56-57
    5.2.5 DS2438 以字节为单位读操作流程  57-58
    5.2.6 蓄电池参数的采集流程  58-63
  5.3 通讯程序设计  63-64
    5.3.1 无线通讯程序设计  63-64
  5.4 数据采集程序设计  64-66
    5.4.1 蓄电池参数测量  64-66
  5.5 USB 接口程序设计  66-69
    5.5.1 从机程序接口程序设计  66-69
第6章上位机程序设计  69-85
  6.1 上位机软件工具的选择  69
  6.2 上位机系统的功能概述  69-72
    6.2.1 总体概述  69-70
    6.2.2 上位机软件功能组成  70-71
    6.2.3 上位机PC 机软件结构安排  71-72
  6.3 数据库系统设计  72-74
    6.3.1 数据库平台的选择  72-73
    6.3.2 数据库驱动程序选择  73
    6.3.3 数据库表格设计  73-74
  6.4 通信模块程序设计  74-78
    6.4.1 基本函数、过程实现  74-75
    6.4.2 功能函数设计  75-78
  6.5 数据存储模块设计  78-80
    6.5.1 原始数据存储模块  78-79
    6.5.2 蓄电池信息存储模块  79
    6.5.3 数据转存模块  79-80
  6.6 数据分析模块  80-85
    6.6.1SoC 分析模块  80-84
    6.6.2 蓄电池寿命分析模块  84-85
第7章结论与展望  85-87
  7.1 结论  85
  7.2 展望  85-87
参考文献  87-89
在读期间发表的学术论文  89-90
作者简历  90-91
致谢  91-92

基于ARM9的蓄电池管理系统的研究

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