基于51单片机的电池优化装置实测分析_张翔.pdf

104 AUTO TIMENEW ENERGY AUTOMOBILE|新能源汽车1引言目前对于电瓶车续航问题的解决方式的大多分两种，一为选取优质保温材料对电池进行全方位固温，如特斯拉研究的“刀片电池”通过电芯模组电池包的三级装配模式即配备了保温，又减少整体质量来提高续航。另一方面则是通过频繁的更换电池来实现电车续航稳定。但是以上两种方式都会造成严重的电池污染，破坏生态环境，增大群众经济负担。文章所涉通过以太阳能为输入的电池优化装置已经构建完毕，下面我们将针对其作用方式、作用位置、电动汽车工作基本参数、价格等方面来进一步确定其布设位置与实际效益。2功能实测该装置从根本上是利用太阳能来对抗温度，属于太阳能的广泛利用。如图1结构展示，通过运用太阳能板来吸收太阳能，后通过光伏控制器使其可用并存储于蓄电池中供电给加热部分，然后 51 单片机接收到温度监测装置的反馈后进行整体动态控制。故从结构上来分，测试主要为供能部分、加热部分和统一工作能力三部分来做测试。2.1光电转化能力实测分析太阳能利用能力相关于太阳能板的吸收能力和储存能力。其工作基本原理为太阳光照射于太阳能板，后太阳能板发电存入蓄电池中。由于太阳能电池直接发出的电并不稳定，需要额外的仪器将发出的直流低压电转张翔张智淇龚栩胡恒玮卜崇阳西藏大学工学院西藏拉萨市850000摘 要：将 51 单片机优越的功能性运用于解决电动汽车低温下续航不足以满足出行需求的问题极有必要。目前电瓶加热方式多为工作时自发热回馈电瓶，但效果甚微，其主要原因低温下电池本身温度低，导致电瓶无法完全工作，导致产热自降，陷入恶性循环。为本文以拉萨市为例，针对其昼夜温差较大、太阳能丰富等特点，在此通过实际实验，对于电池自设计电池优化装置的实际效益进行定量计算对比并做出总结。关键词：电池优化装置实测研究51 单片机拉萨市电车续航Measured Research on Battery Optimization Device Based on 51 Single-chip MicrocomputerZhang Xiang，Zhang Zhiqi，Gong Xu，Hu Hengwei，Bu ChongyangAbstract：It is extremely necessary to apply the superior functionality of the 51 single-chip microcomputer to solve the problem that the low temperature endurance of electric bicycles is not enough to meet travel needs.At present,the battery heating method is mostly self-heating feedback battery during work,but the effect is very small,the main reason is that the battery itself is low temperature at low temperature,resulting in the battery cannot work completely,resulting in heat production self-reduction,into a vicious circle.Taking Lhasa as an example,in view of the large temperature difference between day and night and abundant solar energy,this paper quantitatively calculates and compares the actual benefits of battery self-designed battery optimization devices through practical experiments and summarizes.Key words：measured study of battery optimization device,51 MCU,Lhasa,tram life基于 51 单片机的电池优化装置实测分析图1装置CAD图AUTO TIME 105 NEW ENERGY AUTOMOBILE|新能源汽车 时代汽车化为可用的交流高压电，即逆变器。一般纯电动汽车会安装逆变器，出于性能匹配，可能无法让太阳能电池与锂离子电池共用一个逆变器。但可以考虑将两者合并组成太阳能-锂电双路逆变器。将直流低压通过逆变器转化成交流高压过程中会有能量损耗，因此，需将该部分能量损耗考虑在内，对于高质量波，逆变器能量转化效率在 90%95%。为了保证测试的普遍性，我们选择在空旷且阳光自然地室外进行测试。其中太阳能板相 关 参 数 为：Solar Module：5W；Optimum Power Current 0.2A；Optimum Power Voltage 12v；Short circuit Current 0.3A；Open Circuit Voltage 21v；AM 1.5、25、1000W/m2；接收面积 0.048867m2、体积 0.00073m3、重量约750g；蓄电池各项参数为：12V、6000mA，持续工作电流 3A、瞬间启动电流 6A，适用工作电流 3A 以内；太阳能板工作额定功计算公式：W=PT；测 试 所 用 太 阳 能 板 功 率 为 1000w/m2，据图 2 的 2021 年我国重要城市年平均日照量统计可知，拉萨市年平均日照量居首位，高 达 8.62h/天，则 太 阳 能 板 一 天 可 产 电W=1000w/m20.048867m28.62h/天 1 天0.95=400171.863mA，完全可以满足蓄电池存储要求。但是在实际测试中，拉萨温度差异较高，往往可以达到 10以上，不能恒定保持在最合适的工作温度。如表 1，以拉萨市为例，东经 91 06，北纬 29 36，通过控制变量法测试温度对太阳能板工作的影响。由表1可见，工作最适温度为25左右。经超过 25后太阳能板的峰值功率和开路电压都会随温度的升高而降低。温度每降低1，太阳能板峰值电压约降低 0.35%，电压会降低200-350mv；单体太阳能板的峰值温度每升高1，单位太阳能板的峰值功率会损失约0.35%0.45%，电压会降 210-212mv。且高温会影响太阳能板保护材料的耐久性，影响其使用寿命。2.2加热能力实测分析我们将供能部分直接连接上小型加热片，通过测试达到不同温度所需的时间与耗电来评析所捕捉到的太阳能是否能满足需要。为确保实测准确度与实际可行性，我们选择具有防潮、耐腐蚀、绝缘强度高和使用寿命长的一对硅橡胶加热片，参数为：加热面积S=0.0025 平方米、直流电源 U=5V 可启动，额定功率 P=1.4W；小面积使加热片易于安放在各个测试位置，有助测试不同环境条件下的加热能力。我们对其增加数显温控器，在环境温度 10.5 度（将其测试起始温度控制为等同环境温度）、无风条件下测试其自热能力、加热时间以及耗电量。测试结果如下表 2、图 3。如表 2 所记录，加热片从环境温度开始加热，其达到巅峰的 60仅 5 分 11 秒 6 分，其中 50之前加热较为平稳，50 60期间加热时长显著增加，我们认为其原因主要来自于加热片与供能部分本身限制，蓄电池电压峰值和加热片温度变得更高时的参数不图2我国重要城市年平均日照量统计温度（）1112131415开路电压（v）19.837920.005920.152820.276520.3498161718192020.417220.466320.509420.591820.66212223242520.740820.815720.886720.926521262728293020.995520.890120.819120.731720.6131表1温度对太阳能板功能影响测试数据图3加热相关参数趋势010002000300040005000600005010015020025030035010.515202530354045505560耗时(s)理论耗电(mA)实测耗电(mA)106 AUTO TIMENEW ENERGY AUTOMOBILE|新能源汽车温度（）05101520253035本体续航（h）29.6731.2235.8939.7143.0143.1343.1343.13增设后续航（h）36.1939.3141.5642.3343.1243.1343.1343.13表3风扇续航时间匹配，无法满足功率支持，换而言之，如果蓄电池条件足够，加热片仍然可以以较高的速度继续升温；而针对于能耗部分来看，因为有热量散失等无用功的存在使得加热片的机械效率不能达到 100%，实测耗电量一直保持大于理论耗电量，但是供能部分所捕获的太阳能完全可以满足加热片的正常使用。2.3装置工作实测电池优化装置的实测从根本上是通过广泛利用太阳能来对抗低温给电动汽车续航带来的影响，所以我们通过比较添加与不添加该装置情况下的用电装置续航时间来判断装置效果，故实验变量为环境温度和是否增设装置。首先对实验做出假设：电动汽车自重远超该装置重量，故不考虑增设装置后，其本身对续航的负面影响。在此基础上便可以将测试装置从小车换为其他易测设备。我们选取一额定电压为 12v 的直流小风扇，通过两节南孚五号干电池对其供电，打开电池开关，一直运行到风扇停止为止，记录时长。具体测试数据见表 3。在实际测试中，51 单片机发挥了强大的功能，可以将干电池温度有效控制在 2030之间，使其可以恢复良好的充放电能力。如表 3 所记录，温度低于 25情况下增设该电池优化装置可以有效增加续航 0.11h8.09h 不等，尤其是在 015时，效果显著。而温度达到最适宜之后，小风扇系统已达最高续航不再有优化。3电池优化装置实测结果总结与讨论就本次实测来看，电池优化装置的供能部分、加热部分以及整体供能都反映良好。供能部分充分满足加热部分的能耗需求，加热部分在很短时间内升温恢复电池充放电能力，而核心的 51 单片机通过温度监测部分可以精确地控制加热与否。本次实验分析较为重要的一点是：器材参数全部真实、实验过程均为现实操作，这使得实验具有一定参考意义。但是装置也依然存在不足，如装置自重影响、安放时的安全问题等仍然是可以继续探究解决的问题。基金项目：自治区级大学生创新训练项目“基于 51 单片机电动自行车电池优化装置设计”（项目编号：S202210694016）。参考文献：1 黄宇翔.太阳能-锂电纯电动车设想与运行模式计算 J.中国设备工程，2020（5）：117-120.2 李孝禄，王东平，李娟，等.利用太阳能实现电动自行车供电的研究 J.电动自行车，2018（2）：42-50.3 李娟.太阳能电动自行车混合供电系统的研究 D.浙江：中国计量学院，2014.4 王胜兵，胡健，杨佳宾，等.一种电动自行车自动换电池和智能充电装置结构设计J.河南科技，2021，40（30）：21-24.温度（）10.51520253035理论耗电（ma）063.33177.22332.64510.83890.56实际耗电（ma）064.92179.51336.55516.35901.33耗时（s）015.231.947.961.391.640455055601297.781798.752541.674019.585193.331311.651821.362561.324193.215431.24116.8143.9183263.1311.6表2加热时相关参数监测 作者简介张翔：（2003-10），男，汉族，河南南阳人，本科学历。研究方向：交通运输。