[01339372]矿用金属氢化物镍蓄电池电源管理系统

本项目采用遗传算法和RS485、SMBus现场总线技术以及单片机技术相结合来实现矿用金属氢化物镍蓄电池单元电池检测、电池组剩余电量的检测、充放电管理、保护及控制。通过采集、检测单体电池电压、蓄电池组温度,蓄电池组的电压、电流、容量等参数,对电池组及单体电池进行充放电管理、保护与控制,通过分析比较常用的电池荷电状态的几种预测方法,提出了基于实验数据拟合的通用SOC测量方法,通过查表实现对镍氢电池充放电过程中剩余容量的实时预测,同时向人机交互系统发送电源的相关状态信息。本系统还具备通信功能,便于与其他系统互连。通过对电池的有效保护和高效管理,实现优化使用电池能量、杜绝电池滥用以及延长寿命的目标。技术指标满足矿用隔爆（兼本安）型金属氢化物镍蓄电池电源安全技术要求。 系统在硬件设计上选择STC12C5A60S2单片机为控制芯片,配合LTC6803和DS2438芯片,实现了对24V镍氢电池组的电源管理。软件设计包括主程序软件设计,电压和电流数据采集软件设计、温度检测过程软件设计等数据采集软件设计,充放电控制过程软件设计、SOC预估软件设计以及数据通信软件设计。其中SOC预估软件在不同充放电C率下标定镍氢蓄电池的充放电电压-容量曲线,由MATLAB高斯拟合函数确定蓄电池SOC预估拟合公式。采用遗传算法对SOC预估拟合公式参数寻优的方法。在寻优过程中,遗传算法直接以目标函数值作为搜索信息,运用简单的编码技术和繁殖机制来表现复杂的现象,在解空间随机产生多个起始点并同时开始搜索,不受搜索空间的限制性假设的约束,由适应度函数来指导搜索方向,具有内在的隐含并行性和很好的全局寻优能力。解决了根据经验或查表搜寻合理参数造成的效率低、误差大的问题,提高了参数寻优效率和模型辨识精度,使蓄电池 SOC预估具有更高的精度。 最后搭建了矿用金属氢化物池充电及管理系统,给出了硬件电路的实验结果,并且对这些实验结果进行了详细地分析,验证了所设计系统的实用性。 主要技术性能指标如下： （1）具备蓄电池组及单体电池过充电压保护,保证电池组及单体电池组的电压不高（或不低）于其最高（或最低）允许电压。 （2）具备蓄电池组过充电压保护失效报警或显示功能,当蓄电池组过充电压保护失效时应声光报警或显示。 （3）具备充电过流保护,当电源系统充电电流大于最高允许电流时,在100ms内断开与充电器连接,停止充电并在10s内声光报警或显示。 （4）对每个蓄电池组进行温度监测,当任一蓄电池组温度超出最高允许温度时,在10s内断开该电池组与充电设备及用电设备的连接,并声光报警或显示。 （5）具有防止反向充电的措施,且应具有耐充电电源极性反接的功能。 （6）具备电池信息采集、监测、报警功能,当电池信息采集线发生开路或其他故障时,应声光报警或显示。 （7）在电源正常工作及进行各项试验时,其各单体电池的最高表面温度不应超过70℃。