鋰電池管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) — 研究目的與意義

電流電壓及電池箱溫度的采集，SOC估計(jì)，自動(dòng)均衡，電池故障診斷和安全保護(hù)。

北京理工大學(xué)王建群等為純電動(dòng)汽車研制的電池管理系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采用分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)動(dòng)力電池的各種運(yùn)行參數(shù)：

電池SOC、總電壓、總電流、單體模塊電壓、電池包內(nèi)特征溫度；

可以根據(jù)電池狀態(tài)進(jìn)行故障診斷和報(bào)警，同時(shí)具有熱管理功能等；

系統(tǒng)參數(shù)通過PC進(jìn)行標(biāo)定，通過CAN總線與整車其他系統(tǒng)進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)信息共享。

系統(tǒng)已經(jīng)在BK 6121EV純電動(dòng)公交客車上安裝?？梢杂行У毓芾黼妱?dòng)車輛有限的能量，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車輛效率最大化，估計(jì)電池組的剩余電量及車輛續(xù)駛里程、單體電池及成組電池的檢測(cè)與電池組溫度控制、電機(jī)及空調(diào)等耗能部件的功率分配等內(nèi)容；并解決了動(dòng)車輛運(yùn)營(yíng)過程中的故障診斷、高壓安全、充電通訊接口、延長(zhǎng)電池使用壽命、提高電動(dòng)車可靠性等問題。

北方交通大學(xué)姜麗君等研制的電池管理系統(tǒng)為國(guó)家863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)子課題的研究成果。系統(tǒng)利用單片機(jī)對(duì)電池的充電及放電信息進(jìn)行采集，所采集的信息包括實(shí)時(shí)的充放電電流、電壓、溫度?？偟暮蛦谓M電池的所有信息由單片機(jī)的管理軟件進(jìn)行分析及總結(jié)以最合理、優(yōu)化的方式發(fā)現(xiàn)故障電池及電池組所需的充放電模式，從而決定用什么方式來充電和放電。決策的執(zhí)行是依靠一套功率四象限逆變器來自動(dòng)完成的。該四象限逆變器可以正向充電也可反向?qū)㈦姵貎?nèi)電量逆變后饋送給電網(wǎng)。這樣電池能經(jīng)常把電荷放光，消除記憶，并“鍛煉”容量，以達(dá)到延長(zhǎng)電池壽命的效果。

深圳雷天公司研發(fā)生產(chǎn)的大功率、高容量鋰動(dòng)力電池在深海領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，被研究人員采用在旅游觀光潛艇及常規(guī)潛水艇上作推進(jìn)器主動(dòng)力的電池組動(dòng)力能源。雷天公司為鋰動(dòng)力電池研發(fā)的配套電池管理系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

● 電池管理系統(tǒng)由管理主機(jī)（CPU）、電壓與溫度采集模塊、電流采集模塊和通信接口模塊組成。

● 可檢測(cè)并顯示電池組的總電壓、總電流、儲(chǔ)備電量；任一單體電池的電壓和電池箱的溫度；最高和最低單體電池電壓及電池編號(hào)、最高和最低溫度、電池組的充放電量。

● 主機(jī)還提供報(bào)警和控制輸出接口，對(duì)過壓、欠壓、高溫、低溫、過流、短路等極限情況進(jìn)行報(bào)警和控制輸出。

● 提供RS232和CAN總線接口，可在計(jì)算機(jī)上直接讀取電池管理系統(tǒng)上的所有信息。

該電池管理系統(tǒng)作為電池安全運(yùn)用的有力保障，使得電池時(shí)刻處于安全和可控制的充放電使用過程中，大大提高了電池在實(shí)際使用過程中的循環(huán)使用壽命。電池管理系統(tǒng)如下圖所示：

三、本文研究?jī)?nèi)容

本文針對(duì)水下機(jī)器人的動(dòng)力源——鋰電池組提出一種鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。該鋰電池管理系統(tǒng)可直接檢測(cè)及管理儲(chǔ)能電池工作的全過程，包括電池充放電過程管理、電池溫度檢測(cè)、電池電壓電流檢測(cè)、電量估計(jì)、單體電池間的均衡、電池故障診斷等幾個(gè)方面。

本文的主要內(nèi)容包括一下幾個(gè)部分：

第一章分析了鋰電池的工作原理，工作特性及充放電過程中應(yīng)該注意的問題。

第二章分析了影響電池剩余容量的因素，在分析比較國(guó)內(nèi)外目前主要采用的幾種估計(jì)方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了在本系統(tǒng)中采用的SOC估算方法，即開路電壓與電量累積相結(jié)合的方法。

第三章分析了鋰電池管理系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)，按功能模塊依次詳細(xì)分析了處理器，數(shù)據(jù)采集模塊，充電控制模塊，均衡模塊，數(shù)據(jù)顯示和串口通信的工作原理和電路實(shí)現(xiàn)。

第四章通過軟件框圖分析了電池管理系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)，并對(duì)各個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)單元做了詳細(xì)分析。

第五章電池管理系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果。

第六章對(duì)工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)下一步重點(diǎn)研究的內(nèi)容做了展望。