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蓄电池均衡充电系统设计论文

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1系统架构

基于ZigBee无线网络蓄电池均衡充电系统包括电源模块、蓄电池、无线检测模块、旁路开关、均衡管理控制器等几个部分,其系统结构框如图1所示。系统中无线检测模块具有无线收发功能、DMA功能、A/D转换功能等。无线检测模块实时监测每个单体电池的电压、电流、温度、充电状态等参数,当单体电池电压达到其设定值时,无线检测模块则控制旁路开关闭合,从而停止对该单体电池充电。同时无线检测模块把相关参数通过ZigBee无线传输到均衡管理控制器中,均衡管理控制器计算处理相关参数,再通过ZigBee无线网络发出指令给电源模块,电源模块根据指令来选择当前需要的充电控制策略。本系统通过ZigBee无线网络实现不同充电策略的及时切换,对蓄电池充电过程实行闭环控制,有效防止了过充现象,延长了蓄电池的循环使用寿命。ZigBee网络具有3种拓扑形式:星形拓扑、树形拓扑、网络拓扑。星形连接结构比较简单,只能组建包含比较少的无线网络。树形结构和网络拓扑结构可以构造更复杂的网络结构,适合于设备分布范围比较广的应用。

2无线检测模块硬件设计

无线检测模块主要由采集电路和无线通信芯片CC2530两部分组成。CC2530芯片连接有Uart接口、JTAG调试接口、32.768HZ实时时钟电路和32MHZ系统时钟电路。采集保护模块能检测蓄电池的即时电压、电流、温度。当检测到蓄电池电压达到设定值时,则继电线路工作,使旁路开关K闭合,停止对该单体电池充电,有效地防止了蓄电池的过充。其中,在继电器驱动电路中加入二极管用于继电器断电瞬间将继电器线圈产生的较大的反向电动势释放,从而起到保护三极管的作用。如检测到蓄电池的过压、过流、温度过高时,则报警电路工作,提醒运行维护人员查找故障原因。

3蓄电池均衡充电系统的软件设计

3.1Z-Stack软件架构

ZigBee无线网络节点的软件开发平台采用IAREW集成开发环境。整个Z-Stack采用分层的软件结构,操作系统抽象层OSAL实现了一个易用的操作系统平台,通过时间片轮转函数实现任务调度,提供多任务处理机制。用户可以调用OSAL提供的相关API进行多任务编程,将自己的应用程序作为一个独立的任务来实现。如果同时有几个事件发生,判断优先级,逐次处理事件。整个Z-Stack的主要工作流程大致分为:系统启动,驱动初始化,OSAL初始化和启动,进入事件轮询阶段。

3.2协调器节点的软件设计

协调器在整个系统中的作用是,建立并监视管理ZigBee网络,自动允许其它节点加入网络的请求,收集无线检测模块和电源模块传来的相关数据,并通过串口232总线发给上位机,同时接收上位机发出的指令,并传送给无线检测模块、电源模块控制其采取相应的处理措施。如果某一检测节点在一段时间内没有上报信息,协调器则判断当前节点出现故障,报警装置则启动,通知运行维护人员进行处理。

3.3无线检测模块软件设计

无线检测模块上电初始化完成后,首先读取电池当前的电压、电流、温度等信息,然后发送广播信息请求与协调器组网。无线检测模块成功组网后,发送电池信息,并做出相应的动作,若判断电池信息有误,则等待主机指示。

4结论

在蓄电池均衡充电系统中,采用ZigBee协议的无线通信芯片构成网络化的电池检测和控制系统,解决了有限网络存在的布线、维护和扩展性等问题。ZigBee无线网络蓄电池均衡充电系统以CC2530芯片为核心,可对锂电池、铅酸蓄电池、镍镉电池等蓄电池进行均衡充电管理。经试验证明,系统可以很好的完成电池数据的采集、传输、处理等,实现对各单体电池的均衡充电管理,有效的延长了电池的使用寿命。

作者:马文静 单位:江苏工程职业技术学院

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