文档介绍：武汉理工大学
硕士学位论文
便携式电动工具锂电池组智能监控系统设计
姓名:杨新伟
申请学位级别:硕士
专业:控制科学与工程
指导教师:熊和金
20100501
武汉理工大学硕士学位论文
摘要
随着社会的进步,便携式电动工具在我们的生活中应用越来越广泛,作为其
电力来源的电池技术也不断发展。从环境保护和重复性使用方面考虑,二次电
池的需求量日益增长,而锂电池凭借其独特的优点,如能量密度高、使用寿命
长、放电电压高和无记忆效应等,成为便携式电动工具的理想电池。
为了满足便携式电动工具对电压和容量的需求,可以用锂电池组来供电。而
锂电池相对脆弱,如过充电和高温可能对电池造成极大损坏,对其充放电电路
也提出了严格的要求。因此在使用过程中,对锂电池组电压、电流和温度参数
的监控以及合理的保护电路是锂电池组正常、安全工作所必不可少的。
目前,虽然针对于笔记本和手机等高档的便携式电子设备,有成熟的锂电池
管理方案。这种方案也存在一些缺点,仅适合低功率的场合,主要针对单节电
池,或谝韵碌绯刈椋淮蠖嗖捎米ㄓ眉尚酒タ刂疲榛钚越喜睢⒉荒苈
足快速发展的新兴设备的需要。
本文主要针对小功率的便携式电动工具,设计一个以微控制器为核心的锂电
池组智能监控系统,并对锂电池组充电、放电进行保护。控制器实时的采集锂
电池组的电压、电流、温度参数,为动态保护控制和剩余电量估算提供依据,
同时通过允拘畔ⅲ梢粤私獾绯氐氖褂米纯觥
在充/放电控制方面,预充电阶段,可由单片机产生的ǹ刂疲行
电流充电,然后进行进入正常充电过程。在充放电中,若出现温度、电压、电
流等异常现象,控制系统可有效的切断回路,产生保护作用并发出对应的报警
信号。
本文首先介绍了锂电池的性能参数,分析了锂电池的充/放电特性,为充/放
电控制和均衡控制提高了理论依据。文章分析比较了电压和电流检测的方案,
并且设计了检测的硬件电路。
锂电池组问单体锂电池性能存在一定的差异性,容易造成某节锂电池过充
电、过放电现象,降低电池循环寿命。本文对锂电池组的均衡控制进行了研究,
采用了电阻均衡控制方法,在锂电池使用过程中,对锂电池组内各单节锂电池
充/放电提供平衡保护,提高了电池组的一致性,能有效延长电池组的使用寿命。
本文采用合理的算法对锂电池组剩余电量进行了估算,有一定参考价值。
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与专用集成保护芯片方案相比,本文采用以微控制器为核心的智能监控系
统,能有效对锂电池组进行实时动态保护,延长锂电池使用寿命,有较低的成
本和较强的通用性。
关键词:便携式电动工具锂电池组过充电和过放电智能监控
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课题研究背景
近年来,随着现代工业技术的发展,便携式电动工具越来越多的应用在生活
和生产中。便携式电动工具是电动工具的一个分支,它是运用小容量电动机,
通过传动机构驱动工作头的便携式机械化工具。
便携式电动工具结构轻巧,携带方便,比传统的手工工具可提高劳动生产率
几倍至几十倍。它将会逐步取代部分手工工具,目前已经广泛应用于机械、建
筑、机电设备安装、住宅装修等各个方面。
我国已经成为电动工具的生产大国和贸易出口大国。目前,我国电动工具生
产量占世界总产量的%左右,而且每年对欧美均有大量的出口。据统计资料显
示,年,我国共计出口各类手持式电动工具ΓF渲行」β实
便携式电动工具在国内外市场上也占据不少份额。
早期的电动工具大多以交流电作为电源,必须要有方便的供电设施,使用时
有一定局限性,要实现野外作业,必须用电池作为电源。由于早期的电池制造
技术不发达,电池的体积比能量很低,要实现便携式比较困难,价格也很昂贵。
随着新技术的进步,高比能量的电池得到快速发展,有力支持了电动工具向便
携式、小型化发展。
目前的便携式电动工具在使用过程中,其中欠缺的一方面就是电池管理,而
目前充电式电动工具的电源电池,主要有以下几种:铅酸电瓶、镉镍电池、氢
镍电池和锂电池。其中镉镍电池为目前充电式工具的主要电源,占整个电动工
具行业配套电池的%以上。
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