从充放电的角度解释钳位电路

从充放电的角度解释钳位电路
从充放电的角度解释钳位电路

电源的正极与电容的左端的电位是时时刻刻相等的,当电源电压下降时,把电源的正极电压看成不变,电源负极的电压就是被抬高了,电以二极管处于反偏状态,,电源电压下降的越多,下端电压就被抬得越高,于是就出现了输出为负电压的状况。第二种理解就是把电源下端电位看成不变,由于电源电压变小,上端电位就是变小,由于电容两端电压不能突变,所以电容的右端的电位也跟着下降,所以二极管处于反偏状态,相当于断路。

锂电池充电电路详解

锂电池充电电路图 锂电池是继镍镉、镍氢电池之后,可充电电池家族中的佼佼者.锂离子电池以其优良的特性,被广泛应用于: 手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。 一、锂电池与镍镉、镍氢可充电池: 锂离子电池的负极为石墨晶体,正极通常为二氧化锂。充电时锂离子由正极向负极运动而嵌入石墨层中。放电时,锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。所以,在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现,而不是以金属锂的形态出现。因而这种电池叫做锂离子电池,简称锂电池。 锂电池具有:体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点,但价格较贵。镍镉电池因容量低,自放电严重,且对环境有污染,正逐步被淘汰。镍氢电池具有较高的性能价格比,且不污染环境,但单体电压只有1.2V,因而在使用范围上受到限制。 二、锂电池的特点: 1、具有更高的重量能量比、体积能量比; 2、电压高,单节锂电池电压为3.6V,等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压; 3、自放电小可长时间存放,这是该电池最突出的优越性; 4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应,所以锂电池充电前无需放电; 5、寿命长。正常工作条件下,锂电池充/放电循环次数远大于500次; 6、可以快速充电。锂电池通常可以采用0.5~1倍容量的电流充电,使充电时间缩短至1~2小时; 7、可以随意并联使用; 8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素,对环境无污染,是当代最先进的绿色电池; 9、成本高。与其它可充电池相比,锂电池价格较贵。 三、锂电池的内部结构: 锂电池通常有两种外型:圆柱型和长方型。 电池内部采用螺旋绕制结构,用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件,以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。 单节锂电池的电压为3.6V,容量也不可能无限大,因此,常常将单节锂电池进行串、并联处理,以满足不同场合的要求。字串5 四、锂电池的充放电要求; 1、锂电池的充电:根据锂电池的结构特性,最高充电终止电压应为4.2V,不能过充,否则会因正极的锂离子拿走太多,而使电池报废。其充放电要求较高,可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电,当恒压充电电流降至100mA 以内时,应停止充电。 充电电流(mA)=0.1~1.5倍电池容量(如1350mAh的电池,其充电电流可控制在135~2025mA之间)。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右,充电时间约为2~3小时。 2、锂电池的放电:因锂电池的内部结构所致,放电时锂离子不能全部移向正极,必须保留一部分锂离子在负极,以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则,电池寿命就相应缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子,就要严格限制放电终止最低电压,也就是说锂电池不能过放电。放电终止电压通常为3.0V/节,最低不能低于2.5V/节。电池放

超级电容的充放电实验曲线测试(含答案)

超级电容器的充放电实验曲线测试 一、实验目的 了解超级电容器结构组成以及工作原理,理解超级电容器等效电路模型,学会绘制超级电容器充放电曲线。 二、超级电容器结构以及工作原理 超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔膜四个部件。超级电容器电极由多孔材料在金属薄膜(常用铝)上沉积而成,而活性炭则是常用的多孔材料。充电时,电荷存储于多孔材料和电解质之间的界面上。电解质的选择往往是电容器单体电压和离子导电性之间妥协的结果,追求离子导电性的最大化可能会导致所选择的电解质分解电压低至1V 。隔膜通常是纸,起绝缘作用,可以防止电极之间任何的导电接触。必须能够浸泡在电解质中,并且不影响电解质的离子导电性。 超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时,与普通电容器一样,极板的正电极存储正电荷,负极板存储负电荷,在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下,在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷,以平衡电解液的内电场,这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上,以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上,这个电荷分布层叫做双电层,因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时,电解液界面上电荷不会脱离电解液,超级电容器为正常工作状态(通常为3V 以下),如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时,电解液将分解,

为非正常状态。由于随着超级电容器放电,正、负极板上的电荷被外电路泄放,电解液的界面上的电荷相应减少。 三、实验线路图 四、实验步骤 1、充电实验 按照实验线路图连接电路,将开关接到K端,使电源接入电路中,实现超级电容的充电过程,通过串口命令记录电流和电压。 2、放电实验 在超级电容器充电完成后,将开关接到另一端,将电源断开,实现超级电容的放电过程,通过串口命令记录电流和电压。 五、注意事项 1、超级电容器具有固定的极性。在使用前,应确认极性。 2、超级电容器应在标称电压下使用。当电容器电压超过标称电压时,将会导致电解液分解,同时电容器会发热,容量下降,而且内阻增加,寿命缩短,在某些情况下,可导致电容器性能崩溃。 3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中,高频率的快速充放电会导致电容器内部发热,容量衰减,内阻增加,在某些情况下会导致电容器性能崩溃。 4、外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远离热源。 5、安装超级电容器后,不可强行倾斜或扭动电容器,这样会导致电容器引线松动,导致性能劣化。

电容的充放电过程及其应用

电容的充放电过程及其应用 一、实验目的 1.观察RC 电路的矩形脉冲响应。 2.了解RC 微分电路、积分电路及耦合电路的作用及特点。 3.学习双踪示波器的使用方法。 二、实验原理 1. RC 串联电路的充放电过程 在由电阻R 及电容C 组成的直流串联电路中,暂态过程即是电容器的充放电过程(图1),当开关K 打向位置1时,电源对电容器C 充电,直到其两端电压等于电源E 。这个暂态变化的具体数学描述为q =CUc ,而I = dq / dt ,故 dt dUc C dt dq i == (1) E iR Uc =+ (2) 将式(1)代人式(2),得 E RC Uc RC dt dUc 11=+ 考虑到初始条件t=0时,u C =0,得到方程的解: []()() ?? ?? ?? ?-=-=-==RC t E U E U RC t R E i RC t E U C R /exp /exp )/-(exp -1C 上式表示电容器两端的充电电压是按指数增长的一条曲线,稳态时电容两端的电压等于电 源电压E ,如图2(a) 所示。式中RC=具有时间量纲,称为电路的时间常数,是表征暂态过程进 行得快慢的一个重要的物理量,由电压u 上升到,1/e ≈,所对应的时间即为。 当把开关k 1打向位置2时,电容C 通过电阻R 放电,放电过程的数学描述为 图2 RC 电路的充放电曲线 (a )电容器充电过程 (b )电容器放电过程 U R Uc K 1 2 V E R C 图1 RC 串联电路

将dt dUc C i =,代人上式得01 =+Uc RC dt dUc 由初始条件t =0时,Uc =E ,解方程得 ? ??? ?--=--=-=) /exp()/exp() /exp(RC t E U RC t R E i RC t E Uc R 表示电容器两端的放电电压按指数律衰减到零,也可由此曲线衰减到所对应的时间 来确定。充放电曲线如图2所示。 2. 半衰期T 1/2 与时间常数τ有关的另一个在实验中较容易测定的特征值,称为半衰期T 1/2,即当U C (t )下降到初值(或上升至终值)一半时所需要的时间,它同样反映了暂态过程的快慢程度,与t 的关系为:T 1/2 =τln2 = τ(或τ= 2) 3. RC 电路的矩形脉冲响应。 若将矩形脉冲序列信号加在电压初值为零的RC 串联电路上,电路的瞬变过程就周期性地发生了。显然,RC 电路的脉冲响应就是连续的电容充放电过程。如图3所示。 图3 RC 电路及各元件上电压的变化规律 若矩形脉冲的幅度为U ,脉宽为t p 。电容上的电压可表示为: ?? ??? ≤≤?≤≤-=- -211 0)1()(t t t e U t t e U t u t t c τ τ ) (t u i )(t u R ) (t C R C ) (t u i (t u R (t u C u u u -t t t 1t 2 t 2t p t 1t 1 t 3 t 2t 3 t 3 t

锂离子电池以及保护电路

锂离子电池保护电路包括过度充电保护、过电流/短路保护和过放电保护,要求过充电保护高精度、保护IC功耗低、高耐压以及零伏可充电等特性.本文详细介绍了这三种保护电路的原理、新功能和特性要 求. 近年来,PDA、数字相机、手机、便携式音频设备和蓝牙设备等越来越多的产品采用锂电池作为主要电源.锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优点,与镍镉、镍氢电池不太一样,锂电池必须考虑充电、放电时的安全性,以防止特性劣化.针对锂电池的过充、过度放电、过电流及短路保护很重要,所以通常都会在电池包内设计保护线路用以保护锂电池. 由于锂离子电池能量密度高,因此难以确保电池的安全性.在过度充电状态下,电池温度上升后能量将过剩,于是电解液分解而产生气体,因内压上升而发生自燃或破裂的危险;反之,在过度放电状态下,电解液因分解导致电池特性及耐久性劣化,从而降低可充电次数.

保护电路图 该电路主要由锂电池保护专用集成电路DW01,充、放电控制MOSFET1(内含两只N沟道MOSFET)等部分组成,单体锂电池接在B+和B-之间,电池组从P+和P-输出电压。充电时,充电器输出电压接在P+和P-之间,电流从P+到单体电池的B+和B-,再经过充电控制MOSFET到P-。在充电过程中,当单体电池的电压超过4.35V时,专用集成电路DW01的OC脚输出信号使充电控制MOSFET关断,锂电池立即停止充电,从而防止锂电池因过充电而损坏。放电过程中,当单体电池的电压降到2.30V时,DW01的OD脚输出信号使放电控制MOSFET关断,锂电池立即停止放电,从而防止锂电池因过放电而损坏,DW01的CS脚为电流检测脚,输出短路时,充放电控制MOSFET的导通压降剧增,CS脚电压迅速升高,DW01输出信号使充放电控制M

超级电容

超级电容器从储能机理上面分的话,超级电容器分为双电层电容器和赝电容器。是一种新型储能装置,它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛。 超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor), 原理 又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件,但在其储能的过程并不发生化学反应,这种储能过程是可逆的,也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板,在极板上加电,正极板吸引电解质中的负离子,负极板吸引正离子,实际上形成两个容性存储层,被分离开的正离子在负极板附近,负离子在正极板附近。 超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知,插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷,从而使相间产生电位差。那么,如果在电解液中同时插入两个电极,并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压,这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动,并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层,即双电层。 它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似,从而产生电容效应,紧密的双电层近似于平板电容器,但是,由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离要小得多,因而具有比普通电容器更大的容量。 双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大,因此,可在无负载电阻情况下直接充电,如果出现过电压充电的情况,双电层电容器将会开路而不致损坏器件,这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时,双电层电容器与可充电电池相比,可进行不限流充电,且充电次数可达10^6次以上,因此双电层电容不但具有电容的特性,同时也具有电池特性,是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。

RC电路充电时间计算

RC电路充电时间计算 简单RC电路充电时间的计算方法。时间常数为tao=RC,一般三个tao就能完全充满电

V0 为电容上的初始电压值; V1 为电容最终可充到或放到的电压值; Vt 为t时刻电容上的电压值。 则, Vt="V0"+(V1-V0)* [1-exp(-t/RC)] 或, t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)] 求充电到90%VCC的时间。(V0=0,V1=VCC,Vt=0.9VCC)

代入上式:0.9VCC=0+VCC*[[1-exp(-t/RC)] 既[[1-exp(-t/RC)]=0.9; exp(-t/RC)=0.1 - t/RC=ln(0.1) t/RC=ln(10) ln10约等于2.3 也就是t=2.3RC。 带入R=10k C=10uf得。 t=2.3*10k*10uf=230ms RC回路充放电时间的推导过程需要用高等数学,简单的方法只要记住RC回路的时间常数τ=R×C,在充电时,每过一个τ的时间,

电容器上电压就上升(1-1/e)约等于0.632倍的电源电压与电容器电压之差;放电时相反。 如C=10μF,R=10k,则τ=10e-6×10e3=0.1s 在初始状态Uc=0时,接通电源,则过0.1s(1τ)时,电容器上电压Uc为0+(1-0)×0.63 2=0.632倍电源电压U,到0.2s(2τ)时,Uc为0.632+(1-0.632)×0.632=0.865倍U……以此类推,直到t=∞时,Uc=U。放电时同样运用,只是初始状态不同,初始状态Uc=U。 单片机复位(上电复位和按键复位,复位脉宽10ms,R常取值10k~47k,c取值10~100uf,电容大些为好): 原理:如果复位是高电平复位,加电后电容充电电流逐渐减少,此时经电阻接地的单片机IO是没电压的,因为电容是隔直流的,直到充电完毕开始放电,放电的过程同样是电流逐渐减少的,开始放电时电流很大,加到电阻上后提供给IO高电平,一段时间(电容器的充放电参数:建立时间等)后,电流变弱到0,但是复位引脚已经有了超过3us的高电平,所以复位就完成了; 手动复位,如加按键,则是直接将电容短路,给复位引脚送高电平,此部分就只有电容在起作用;当然电源较大(一般3.3v-5v)的话,加电阻是为了分压,防止烧坏引脚。 1.放电是一个一阶电路的零输入响应, SPICE Model R 1 0 R C 1 0 C IC=UC 我们有公式:UR-Uc=0,而UR=i*R, i=dUc/dt; 所以,有RC*dUc/dt+Uc=0;从而有初始条件有:Uc=UC*EXP(-t/RC),令τ=1/RC为时间常数,我们得到放电方程为Uc=UC*EXP(-t/τ), 其放电时间一般为3~5τ,理由是5τ时Uc=0.0067UC,已很小。 2. 充电方程类似,可以自己分析吧!

超级电容常识

超级电容常识 超级电容基本知识 寿命 超级电容具有比电池更长的使用寿命,但是寿命也不是无限延长的。寿命终止失效模式为等效串联内阻的增加(ESR)升高和容量降低。超级电容实际的寿命失效取决于应用要求,比如长期置于 高温下,高电压和超电流将会导致ESR升高和容量降低。这些参数降低将会延长超级电容的寿命。 电压 超级电容具有推荐的额定工作电压,电压值是根据超级电容在最高的额定温度下最长寿命来设定的。如果使用电压超出额定电压,将会导致寿命缩短,若过压时间较长则内部电解液将会分解为气体,当气体的压力逐渐增强时,超级电容内部将会漏液或防爆阀破裂。 极性 超级电容采用对称的电极设计,正负极具有类似的结构,当电容首次装配时,任一电极都可以被当成正极或者负极,一旦超级电容被第一次充满电时,超级电容将会形成极性化。所以我们在生产过程中将会100%的充放电将极性定型,同时在每一个电容的外壳上面都有一个负极标志。提醒一点:虽然超级电容可以被放电使电压降低到零电压,但是电极还是保留非常少的电荷,此时变换极 性是不可以的。超级电容按照一个方向被充电的时间越长,他们的极性就变得越强。若此时更改极性将会使电容的寿命缩短或损坏。 环境温度 能量型超级电容的正常工作温度是-25℃--70℃,功率型超级电容的正常工作温度是-40℃--60℃,温度及电压对超级电容寿命有影响。一般来说,超级电容的环境温度每升高10℃,超级电容的寿 命就会缩短一半。也就是说在可能的情况下尽可能在最低温度下使用超级电容,那么就可以降低电容的衰减与ESR的升高。若低于正常室温环境下,那么可以降低电压以抵消高温对电容的负面 影响。相反在低温下提高超级电容的工作电压,可以有效的抵消超级电容在低温下内阻的升高。在高温情况下,电容内阻升高。在低温下,电容的内阻升高时暂时的,因为在低温下电解液的稠性升高,降低了电离子的远动速度。 放电特性 超级电容放电时,是按照一条斜率曲线放电,当确定应用时超级电容的容量与内阻要求时,最重要的就是要了解电阻及容量对放电特性的影响。在高脉冲电流应用时,ESR是重要的因素。而在低电流应用时,容量是最重要的因素。计算公式如下: Vd=I(R+T/C) Vd是起始工作电压与截止电压之差,I是放电电流,R是超级电容的(ESR),T是放电时间,C是电容的容量。在脉冲应用中,由于瞬间放电流很大,为减少电压的降幅,选用低内阻(ESR) 的超级电容,而在低电流应用中则需要选用高容量的超级电容。 充电方法 超级电容可用各种方法进行充电,如:恒定电流、恒定功率、恒定电压或与能量储存器,或者电源并联(如电池、DC变换器等)。如果超级电容与电池并联,加一个低阻值串联电阻将降低超级 电容的充电电流,并提高电池的使用寿命。但是如果使用串联电阻,必须要保证电容的电压输出端是直接与应用器连接而不是通过电阻与应用器连接,否则超级电容的低内阻特性将是无效的。在高脉冲电流放电时,许多电池系统寿命均会缩短。 超级电容最大充电电流I计算公式如下: I=V/5R I是推荐的充电电流,V是充电电压,R是超级电容的ESR。超级电容持续大电流或者高压充电,超级电容将会过度发热,过度发热将会导致ESR增加,电解液分解气化,缩短寿命、漏液、防爆 阀爆裂。如果要使用高于额定值的电流或电压充电请与生产厂商联系。 自放电与漏电流 以不同方法进行测量时自放电与漏电流在本质上是相同的,针对超级电容的结构,从正极到负极具备高的耐电流特性。也就是说保留电容电荷,需要少量的额外电流,这个电流就是漏电流。而当移除充电电压时,电容不在负荷时,额外的电流会促使超级电容放电,称为自放电流。 电容串联 单体超级电容的电压一般为2.5V或2.7V,而在许多应用领域要求高电压,超级电容可以设置串联的方法来提高工作电压。确保单一的超级电容电压不超过其最大的额定工作电压是很重要的,否 则会导致电解液分解产生气体,ESR升高,寿命减短。 在放电或者充电时,在稳定状态下因容量和漏电流的差异,都将会导致串联的超级电容电压不平衡现象。在充电时,串联的超级电容将起到电压分配作用,因此低容量单体超级电容将承受更大的电压。例如: 2.5V1F的超级电容串联,两个容量分别为+20%与-20%,则电压分配如下: V1=V供*(C1/(C1+C2)) V供是供给给串联两端的充电电压。 假设V1是+20%容量偏差的电容,若供应充电电压是5V,则: V1=5*(1.2/(1.2+0.8))=3V 所以,为避免超出3V的超级电容浪涌电压范围,串联超级电容的容量必须在同一个趋势范围内。在选择上可以用主动电压平衡电路来降低因容量不平衡而产生的电压不平衡。注意大多数的电压 平衡方法都是取决于具体的应用。 主动电压平衡 主动电压平衡电路能使串联的超级电容上的电压与额定电压驱同而不管有多少电压不平衡产生。同时在确保精确的电压平衡时,主动平衡电路在稳定的状态下只有非常低的电流,只有当电压超出平衡范围时才会产生比较大的电流,这些特性使得主动电压平衡电路是超级电容频繁充放电及如电池等能量组件使用的最理想电路。 被动电压平衡 被动电压平衡电路是忽略超级电容的低内阻直接用高电阻来做平衡电路的一种方式,采用与电容并联电阻进行分压,这就允许电流从高电压的超级电容上流至低电压的超级电容上实现电压的平衡。最重要的是选择平衡电阻值来提供超级电容更高电流的流动而不增加超级电容的漏电流。同时要注意:“漏电流在温度升高的时候会上升的”。 被动平衡电路使用在不频繁对超级电容进行充放电的应用,同时要能够承受平衡电阻的额外电流负载时推荐使用。使用平衡电阻时,建议使用平衡电阻的应能提供最差超级电容漏电流50倍以上 的额外电流,根据最高使用温度选择在3.3KΩ-22KΩ。尽管更大阻值的平衡电阻在大多数情况下也能工作,但其不可能在不匹配的超级电容串联时起到保护作用。 逆向电压防护 当串联使用的超级电容被快速放电时,低容量超级电容的电压将潜在地变为负电压。这是不允许的,同时会降低超级电容的使用寿命。一个简单的防护逆向电压的方法是在超级电容上的两端增加一个二极管。使用适当的额定的限流二极管替代标准的二极管,还可以保护超级电容出现过电压现象。在选择二极管时,“二极管必须能够承受电源的峰值电流”。 脉动电流 超级电容虽然有比较低的内阻,但是相对电解电容而言,其内阻还是比较大的,若应用在脉冲电流的环境中容易引起内部发热,从而导致电解液分解、ESR增加,从而引起超级电容寿命缩短。为了保证超级电容的使用寿命,在应用在脉冲环境中时,最好要保证超级电容表面的温度上升不超过3℃。 比能量: 是指电容器在单位重量或单位体积下所给出的能量。(通常也叫:重量比能量、体积比能量、能量密度)单位:WH/KG、WH/L 超级电容器的能量与本身的容量与电压有关。其计算方式: E=CV2/2 (单位焦耳J)

电池管理系统BMS控制策略方案书

项目编号: 项目名称:电池管理系统(BMS)文档版本:V0.01 技术部 2015年月日

版本履历

目录 1.前言 (4) 2.名词术语 (5) 3.概要 (6) 4.总体要求 (7) 5.系统原理图 (9) 6.模块的构成 (10) 6.1BMS程序模块图 (10) 6.2整体方案图 (10) 7.电池串管理单元BCU (11) 7.1模块的概述 (11) 7.2模块的输入 (11) 7.3模块的功能 (11) 7.4模块的输出 (11) 8.电池检测模块BMU (11) 8.1模块的概述 (11) 8.2模块的输入 (11) 8.3模块的功能 (11) 8.4模块的输出 (12) 9.绝缘检测模块LDM (12) 9.1模块的概述 (12) 9.2模块的输入 (12) 9.3模块的功能 (12) 9.4模块的输出 (12) 10.强电控制系统HCS (12) 10.1模块的概述 (12) 10.2模块的输入 (12) 10.3模块的功能 (12) 10.4模块的输出 (13) 11.电流传感器CS (13) 11.1模块的概述 (13) 12.显示屏LCD (13) 12.1模块的概述 (13) 13.后记 (14) 14.参考资料 (15)

1.前言 开发电动汽车电池管理系统,此系统的全面实时监控,具有良好的电池均衡性能,检测精度高。

2.名词术语 BMS:电池管理系统 BCU:电池串管理单元 BMU:电池检测单元 LDM:绝缘检测模块 HCS:强电控制系统 SOC: 电池荷电状态

3.概要 电动汽车电池管理系统(BMS),管理系统状态用于监测电动汽车的动力电池的工作状态,从而采集动力电池的状态参数,实现动力电池的SOC状态、温度、充放电电流和电压的监控。电池管理系统主要是BMS通过CAN总线与整车控制器、智能充电器、仪表进行通讯,对电池系统进行安全可靠、高效管理。电池管理系统包括BCU和BMU,BCU主要作用是:根据动力电池的工作状态,对电池组SOC进行动态估计,通过霍尔电流传感器,实现对充放电回路电流的实时监测,保护电池系统,可以实现与BMU、整车控制器、充电机等进行通信,交互电压、温度、故障代码、控制指令等信息;BMU的功能是通过对各个单体电压的实时监测、对箱体温度的实时监测,通过CAN总线将电池组内各单体的电压、箱体温度以及其他信息传送到BCU,通过与智能充电桩交互数据信息,充电期间实时估算电池模块SOC,对电芯进行充电均衡,提高单节电芯的一致性,提高整组电池使用性能,对电池进行主动式冷热管理,保护电池使用寿命,延长电池寿命。

超级电容充放电控制电路毕业设计

摘要: 超级电容是一种新型的储能元器件,它相比其它储能元器件有很多优势,比如比功率高、充电速度快、放电电流大、使用寿命长、不污染环境等。其具有很大的发展前景,但由于超级电容个体电压不高,在实际应用过程中就需要将多个超级电容器串并联起来使用。超级电容在充放电过程中,由于其参数存在离散型,即使是同一型号同一规格的超级电容器在其电压内阻、容量等参数上都存在一定的差异。这样容易导致某些超级电容器过充或者过放,影响超级电容的使用寿命和系统的稳定性。同时,超级电容器在充放电过程中,超级电容器电池组两端的电压会逐渐下降,尤其经过长时间大电流放电,电压下降明显,会直接影响负载的工作稳定性。因此研究超级电容充放电控制电路对提高超级电容的使用寿命和系统稳定性十分重要。本文主要对超级电容器电池组采取电压均衡和放电稳压就行设计研究。超级电容器的充放电控制电路有恒压、恒流等。放电稳压有稳压管稳压、三极管反馈稳压、集成芯片稳压等等方式。联系到将超级电容用作后备电源,针对实际应用列出了详细的设计步骤和研究方案。 关键词: 超级电容电压均衡放电稳压 1 绪论 1.1 课题研究背景及意义 1.1.1 课题研究背景 当今社会由于石油、煤炭等传统能源日益枯竭,并且这些燃料燃烧对生态环境已经造成了严重的污染。目前人们研究的层次还是局限于油、气混合动力燃料电池、化学电池的研究。虽然其研究成果取得了一定的成就但是他们的缺点也日益暴露出来比如:使用寿命短、温度特性差、充放电速度慢、放电电流小、对环境仍有一定的污染等。所以人们迫切希望能够找到一种绿色环保的储能装置代替传统的储能装置。而超级电容器是上个世纪80年代初出现的新产品,是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能器件。它有其功率高、充电速度快、储存能量大、放电电流大、使用寿命长、免维护等优点。随着便携式电气设备的普及,超级电容在电动汽车的研发、UPS电源、数码产品电源的发展获得了极大的

电容充放电计算公式

标 签:电容充放电公式 电容充电放电时间计算公式设,V0 为电容上的初始电压值; V1 为电容最终可充到或放到的电压值; Vt 为t时刻电容上的电压值。 则, Vt="V0"+(V1-V0)* [1-exp(-t/RC)] 或, t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)] 例如,电压为E的电池通过R向初值为0的电容C充电 V0=0,V1=E,故充到t时刻电容上的电压为: Vt="E"*[1-exp(-t/RC)]

再如,初始电压为E的电容C通过R放电 V0=E,V1=0,故放到t时刻电容上的电压为: Vt="E"*exp(-t/RC) 又如,初值为1/3Vcc的电容C通过R充电,充电终值为 Vcc,问充到2/3Vcc需要的时间是多少? V0=Vcc/3,V1=Vcc,Vt=2*Vcc/3,故 t="RC"*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2 = 注:以上exp()表示以e为底的指数函数;Ln()是e为底的对数函 解读电感和电容在交流电路中的作用 山东司友毓 一、电感 1.电感对交变电流的阻碍作用 交变电流通过电感线圈时,由于电流时刻都在变化,因此在线圈中就会产生自感电动势,而自感电动势总是阻碍原电流的变化,故电感线圈对交变电流会起阻碍作用,前面我们已经学习过,自感电动势的大小与线圈的自感系数及电流变化的快慢有关,自感系数越大,交变电流的频率越高,产生的自感电动势就越大,对交变电流的阻碍作用就越大,电感对交流的阻碍作用大小的物理量叫做感抗,用X L表示,且X L=2πfL。感抗的大小由线圈的自感系数L和交变电流的频率f共同决定。 2.电感线圈在电路中的作用 (1)通直流、阻交流,这是对两种不同类型的电流而言的,因为恒定电流的电流不变化,不能引起自感现象,所以对恒定电流没有阻碍作用,交流电的电流时刻改变,必有自感

锂电池过充电过放短路保护电路详解

该电路主要由锂电池保护专用集成电路DW01,充、放电控制MOSFET1(内含两只N沟道MOSFET)等部分组成,单体锂电池接在B+和B-之间,电池组从P+和P-输出电压。充电时,充电器输出电压接在P+和P-之间,电流从P+到单体电池的B+和B-,再经过充电控制MOSFET到P-。在充电过程中,当单体电池的电压超过4.35V时,专用集成电路DW01的OC脚输出信号使充电控制MOSFET关断,锂电池立即停止充电,从而防止锂电池因过充电而损坏。放电过程中,当单体电池的电压降到2.30V时,DW01的OD脚输出信号使放电控制MOSFET关断,锂电池立即停止放电,从而防止锂电池因过放电而损坏,DW01的CS脚为电流检测脚,输出短路时,充放电控制MOSFET的导通压降剧增,CS脚电/压迅速升高,DW01输出信号使充放电控制MOSFET迅速关断,从而实现过电流或短路保护。 二次锂电池的优势是什么? 1. 高的能量密度 2. 高的工作电压 3. 无记忆效应 4. 循环寿命长 5. 无污染 6. 重量轻 7. 自放电小 锂聚合物电池具有哪些优点? 1. 无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解液,使用胶态的固体。 2. 可制成薄型电池:以的容量,其厚度可薄至。 3. 电池可设计成多种形状 4. 电池可弯曲变形:高分子电池最大可弯曲900左右 5. 可制成单颗高电压:液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压,高分子电池由

于本身无液体,可在单颗内做成多层组合来达到高电压。 7. 容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍 IEC规定锂电池标准循环寿命测试为: 电池以放至支后 1. 1C恒流恒压充电到截止电流20mA搁置1小时再以放电至(一个循环) 反复循环500次后容量应在初容量的60%以上 国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为(IEC无相关标准). 电池在25摄氏度条件下以放至支后,以1C恒流恒压充电到,截止电流10mA,在温度为20+_5下储存28天后,再以放电至计算放电容量 什么是二次电池的自放电不同类型电池的自放电率是多少? 自放电又称荷电保持能力,它是指在开路状态下,电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力。一般而言,自放电主要受制造工艺,材料,储存条件的影响自放电是衡量电池性能的主要参数之一。一般而言,电池储存温度越低,自放电率也越低,但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用,BYD常规电池要求储存温度范围为-20~45。电池充满电开路搁置一段时间后,一定程度的自放电属于正常现象。IEC标准规定镍镉及镍氢电池充满电后,在温度为20度湿度为65%条件下,开路搁置28天,放电时间分别大于3小时和3小时15分即为达标。 与其它充电电池系统相比,含液体电解液太阳能电池的自放电率明显要低,在25下大约为10%/月。 什么是电池的内阻怎样测量? 电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,一般分为交流内阻和直流内阻,由于充电电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容量极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值,而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值. 交流内阻测试方法为:利用电池等效于一个有源电阻的特点,给电池一个1000HZ,50mA的恒定电流,对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值. 什么是电池的内压电池正常内压一般为多少? 电池的内压是由于充放电过程中产生的气体所形成的压力.主要受电池材料制造工艺,结构等使用过程因素影响.一般电池内压均维持在正常水平,在过充或过放情况下,电池内压有可能会升高: 如果复合反应的速度低于分解反应的速度,产生的气体来不及被消耗掉,就会造成电池内压升高. 什么是内压测试? 锂电池内压测试为:(UL标准) 模拟电池在海拔高度为15240m的高空(低气压下,检验电池是否漏液或发鼓. 具体步骤:将电池1C充电恒流恒压充电到,截止电流10mA ,然后将其放在气压为,温度为(20+_3)的低压箱中储存6小时,电池不会爆炸,起火,裂口,漏液.

锂电池和超级电容充放电特性

锂电池笑效率模型: 目前提出的各种锂电池等效模型可以分为:内阻模型、阻容模型和基于运行时间的电路模型,较为常用的电池模型为Thevenin电路模型,它用电压源表示电源的电动势,电阻表示电池的直接内阻,用RC 电路模拟电池的极化内阻和极化电容 电池的充电限制电压是指电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值,对一般的锂离子电池,其值为 4.2V,若电池到达限制电压后仍采用恒流充电,电池内部会持续升温,活化过程中所产生的气体膨胀,使电池内压增大,压力达到一定程序,会有外壳破裂。 电池的终止电压是指电池放电时电压下降到不适宜再继续放时的最低工作电压。电池在使用过程中,如果电池的端电压已经到达终止电压,继续放电能得到的容量很少,但是对电池的使用寿命会带来极大的破坏。所以在放电过程中,必须在终止电压时停止放电。终止电压与电池的放电电流、温度等因素有关,不同的工作环境下电池的终止电压将有所不同。我国国家标准规定,单体电池的终止电压为 2.75V,即电池的负载电压达到 2.75V 时,应立刻停止放电。 电池的内阻包括欧姆内阻和极化内阻,欧姆内阻包括电池电极本身的电阻、电解液的电阻、离子透过隔膜时所受到的阻力、正负极与隔离层的接触电阻。欧姆内阻与电池的类型、正负极材料、电解质有关,也受电池的大小、结构、装配等因素影响。极化内阻指在电池的正极与负极进行电化学反应时极化所引起的电阻,包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。极化内阻并不服从欧姆定律,其阻抗一般呈容性。 R2为电池的欧姆电阻,R 1为电池的极化电阻,C1 为电池的极化电容,通常R2比较稳定,在电池工作过程中变化较小,R1和C1 是动态的,在电池充放电过程中会改变。 电池的内阻很小,基本在200 毫欧以内。在小电流放电时,由于外部电阻较大,电池内部压降相对于外电压可以忽略不计。但电池进行大电流放电时,电池极化严重,电阻增大,会产生大量的热量使电池温度升高,电池端电压降低,放电时间缩短,对电池性能和寿命造成严重影响 电池的实际容量是指在一定的放电条件下电池实际放出的电量,理论上等于电池放电电流与放电时间的积分。其值通常要少于理论容量和额定容量。 在研究电池充放电电流时,通常用C为单位,C为电池额定容量,对于1500mAh的电池,1C的放电倍率就是1500mA。锂离子电池典型的充电方式为恒流恒压充电方式,充电开始时先采用恒流充电,使用快速充电时充电倍率一般为0.5C-1C,随着恒流充电的进行,电池电动势逐渐升高,为了维持电池的恒定充电电流,充电器两端电压也必须慢慢升高。当电池端电压达到充电限制电压(通常为4.2V)时,充电过程进入恒压阶段,充电器两端输出恒定电压,在此阶段充电电流持续下降,当电流少于某一设定值,则认为电池已经充满。锂离子最大充电电流通常为1C-1.5C。 图2-6 是锂离子电池在固定充放倍率下的电压曲线,可见充电曲线和放电曲线不会重合,充电曲线的电压高于放电时的电压,这种现象叫做电池的迟滞效应(hysteresis effect)

蓄电池的充放电方法

电池的充放电方法及注意事项 由于阀控铅酸蓄电池具有电压稳定、无污染等优点,被广泛应用于通信、电力等领域。因充放电控制不合理而造成的电池寿命终止不在少数。为了延长阀控铅酸蓄电池的使用寿命,对阀控铅酸蓄电池充放电控制的技术要求。 一、浮充电使用 在电力电源系统中,为确保直流电源不间断,一般都采用高频开关整流器(充电器)与蓄电池组并联的浮充电使用方式。在浮充状态下,充电电流主要用于电池因自放电而损失的容量,但是浮充状态下充电电流又是与电池的浮充电压密切相关的。因而为了使阀控铅酸蓄电池有较长的浮充使用寿命,在电池使用过程中,要充分结合电池制造的原材料及结构特点和环境温度等各方面的情况,制定电池合理的使用条件,尤其是浮充电压的设定。例如:在环境温度为25℃时,标准型阀控铅酸蓄电池的浮充电压应设置在2.25V,允许变化范围为2.23~2.28V。浮充电压设置过低,电池长期处于欠充电状态,不仅会在电池极板内部形成不可逆的硫酸盐化,而且还会在活性物质和板栅之间形成高电阻阻挡层,使电池的内阻增加、容量下降,最终使其寿命提前终止;浮充电压设置过高,电池长期处于过充电状态,会使电池充电电流增大,不仅会使安全阀频繁开启导致失水增加,容量衰减;而且还会使电池内产生的热量来不及散掉,温度升高,形成恶性循环,造成热失控,另外还会使板栅腐蚀加速,浮充使用寿命提前终止。 当然为了使电池既不欠充电,也不过充电,还需要根据环境温度的变化来调整浮充电压,通常的调节系数为±3mV/℃。但决不是说有了浮充电压的调节系数,电池就可以在任意环境温度下使用。要知道,温度低时,由于浮充电压增大,同样会引起浮充电流增大,板栅腐蚀加速,寿命提前终止等一系列的问题;而温度高时,浮充电压减小,也会形成电池欠充电的一系列问题。由此可知,阀控铅酸蓄电池安装使用时,最好安装在装有空调的、通风条件良好的房间内,同时还要远离开关整流器等热源。 另外,在电力电压系统中,有一些高频开关整流器不进行均衡充电的设置。这样,如果电池的浮充电压设置正常或偏低,事故放电后来不及补电会形成不可逆硫酸盐化;如果电池的浮充电压设置偏高,电池正常浮充使用时会有过充电的问题,同样影响电池的使用寿命。

电动叉车铅酸蓄电池充电控制策略

电动叉车铅酸蓄电池充电控制策略 摘要:环境的污染和能源的减少使得电动叉车的发展越来越迅速,而电动叉车 的动力源是电池,应用于电动叉车[1]的电池主要以铅酸蓄电池为主,由于铅酸蓄 电池的化学特性受各个因素的影响,因此对其所使用的充电电源会有更严格的要求。充电电源主要分为两部分:电路的硬件部分和充电控制策略[2]的软件部分。 硬件部分已经很成熟,而充电控制策略会直接影响蓄电池的使用寿命。本文主要 针对充电控制策略来研究的。 关键词:电动叉车蓄电池控制策略 一、铅酸蓄电池充放电的工作原理 1.1电池的内部构造 铅酸蓄电池是一般由几个基本部分构成:正极板、负极板、隔板、电解液、 电池槽盖、极柱。它是一种能量转化系统,主要在内部发生化学变化。 铅酸蓄电池的正极和负极由正负合金板栅、正负活性物质、正极管套及添加 剂等材料组成。正极活性物质是由PbO?组成,负极活性物质是由金属Pb组成; 电解液是密度为1.280~1.295g/H?SO?水溶液(20℃);电池槽盖具有良好的耐酸性、耐温性和绝缘性,并具有良好的机械强度;极柱的作用是充放电时将电流导 入或导出电池。 1.2放电过程 蓄电池放电时是将化学能转化为电能,正极上PbO2生成 PbSO4 ,负极上Pb 生成 PbSO4。电解液中H2SO4浓度减少,电解液中H2O增加。其转变公式为: PbO2 +2H?SO?+Pb PbSO?+2H2O+PbSO? 1.3 充电过程 蓄电池充电时是将电能转化为化学能。正极上PbSO4生成PbO2,负极上PbSO4生成Pb。电解液中H2SO4浓度增加,电解液中H2O减少。其转变公式为: 2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4 到了充电末期,为了使活性物质更好的反应,就要引起水的电解,正极放出 O2,负极放出H2,其公式为: 2H20 2H2 + O2 二、影响蓄电池的失效形式及原因 衡量蓄电池寿命的标准是以蓄电池充放电次数来衡量的,当蓄电池放电量达 到标称容量的80%以下时称之为寿命终止,充放电次数越多,表示电池的性能越好。不正确的充放电都会引起蓄电池的失效。失效形式主要是活性物质脱落和蓄 电池硫化。 2.1活性物质脱落 蓄电池正极板上的活性物质PbO2是金属氧化物,不具有韧性且是粉末状的,无法形成极板,只能借助栅板(网格状)使小颗粒吸附在网格上,从而形成正极板。如果活性物质受到外界因素的影响,则会损坏正极板,从而影响了蓄电池的 使用寿命。蓄电池活性物质脱落主要有以下原因: ①充电电流过大②过放电③过充电④补水不及时 2.2蓄电池硫化 对蓄电池不能及时充电、充电充不足、补水不及时以及长时间搁置不充电等 原因,使蓄电池极板的表面上会附着过量的PbSO?, PbSO?是难溶电解质阻碍了 电池内部的化学反应,长时间的累积使得正负极板上的部分硫酸铅在充电过程中

超级电容充放电时间计算方法修订稿

超级电容充放电时间计 算方法 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-

超级电容充放电时间计算方法 1法拉=1000000微法 1微法=1000000皮法 12V,10法拉的电容,对12V,的用电器放电应该在400秒时间内放完 电容没有功率,在电路中只要电压不超过耐压值27v就可以。 普通蓄电池如12V14安时的放电量=14×3600∕12=4200(F) 电流的大小和负载相关,电容放电,电压会降低的,具体可以参考电容的放电曲线。如果想有稳定的电压和电流可以在电容后增加DC-DC的稳压电路 一般应用在太阳能指示灯上时, LED 都釆用之闪烁妁发光, 例如釆用一颗 LED 且控制每秒闪烁放电持续时间为秒, 对超级电容充电电流 100mA 下面以 / 50F在太阳能交通指示灯为例, 超级电容充电时间如下: C X dv = I X t C: 电容器额定容量; V: 电容器工作电压 I: 电容器充电 t: 电容器充电时间 R: 电容器内阻 dv: 工作电压差 故 / 50F 超级电容充电时间为: t = ( C X V) / I = (50 X / = 1250S 超级电容放电时间为: C X dv - I X C X R = I X t 故 / 50F 超级电容从放到放电时间为: t = C X (dv / I - R) = 50 X [ ( - ] / - ] = 5332S 应用在 LED 工作时间为 5332 / = 106640S = hr C: 电容器额定容量 (F) R: 电容器内阻 (Ohm) V work: 正常工作电压 (V) V min : 停止工作电压 (V) t : 在电路中要求持续工作时间 (s) I : 负载电流 (A) 超级电容量的计算方式: )-VminC = (Vwork + Vmin)It / (Vwork 例: 如单片机应用系统中, 应用超级电容作为後备电源,在断电後需要用

锂电池充电保护电路原理及应用

锂离子电池以其优良的特性,被广泛应用于: 手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。 一、锂电池与镍镉、镍氢可充电池: 锂离子电池的负极为石墨晶体,正极通常为二氧化锂。充电时锂离子由正极向负极运动而嵌入石墨层中。放电时,锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。所以,在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现,而不是以金属锂的形态出现。因而这种电池叫做锂离子电池,简称锂电池。 锂电池具有:体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点,但价格较贵。镍镉电池因容量低,自放电严重,且对环境有污染,正逐步被淘汰。镍氢电池具有较高的性能价格比,且不污染环境,但单体电压只有1.2V,因而在使用范围上受到限制。 二、锂电池的特点: 1、具有更高的重量能量比、体积能量比; 2、电压高,单节锂电池电压为3.6V,等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压; 3、自放电小可长时间存放,这是该电池最突出的优越性; 4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应,所以锂电池充电前无需放电; 5、寿命长。正常工作条件下,锂电池充/放电循环次数远大于500次; 6、可以快速充电。锂电池通常可以采用0.5~1倍容量的电流充电,使充电时间缩短至1~2小时; 7、可以随意并联使用; 8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素,对环境无污染,是当代最先进的绿色电池; 9、成本高。与其它可充电池相比,锂电池价格较贵。 三、锂电池的内部结构: 锂电池通常有两种外型:圆柱型和长方型。 电池内部采用螺旋绕制结构,用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件,以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。 单节锂电池的电压为3.6V,容量也不可能无限大,因此,常常将单节锂电池进行串、并联处理,以满足不同场合的要求。 四、锂电池的充放电要求; 1、锂电池的充电:根据锂电池的结构特性,最高充电终止电压应为4.2V,不能过充,否则会因正极的锂离子拿走太多,而使电池报废。其充放电要求较高,可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电,当恒压充电电流降至 100mA以内时,应停止充电。 充电电流(mA)=0.1~1.5倍电池容量(如1350mAh的电池,其充电电流可控制在135~2025mA之间)。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右,充电时间约为2~3 小时。 2、锂电池的放电:因锂电池的内部结构所致,放电时锂离子不能全部移向正极,必须保留一部分锂离子在负极,以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则,电池寿命就相应缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子,就要严格限制放电终止最低电压,也就是说锂电池不能过放电。放电终止电压通常为3.0V/节,最低不能低于2.5V/节。电池

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