鋰電池管理系統的研究與實(shí)現 — 研究目的與意義

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

北京理工大學(xué)王建群等為純電動(dòng)汽車(chē)研制的電池管理系統以單片機為核心，采用分布式網(wǎng)絡(luò )控制系統結構，可以實(shí)時(shí)檢測動(dòng)力電池的各種運行參數：

電池SOC、總電壓、總電流、單體模塊電壓、電池包內特征溫度；

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

系統參數通過(guò)PC進(jìn)行標定，通過(guò)CAN總線(xiàn)與整車(chē)其他系統進(jìn)行通信實(shí)現信息共享。

系統已經(jīng)在BK 6121EV純電動(dòng)公交客車(chē)上安裝?？梢杂行У毓芾黼妱?dòng)車(chē)輛有限的能量，實(shí)現電動(dòng)車(chē)輛效率最大化，估計電池組的剩余電量及車(chē)輛續駛里程、單體電池及成組電池的檢測與電池組溫度控制、電機及空調等耗能部件的功率分配等內容；并解決了動(dòng)車(chē)輛運營(yíng)過(guò)程中的故障診斷、高壓安全、充電通訊接口、延長(cháng)電池使用壽命、提高電動(dòng)車(chē)可靠性等問(wèn)題。

北方交通大學(xué)姜麗君等研制的電池管理系統為國家863計劃電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項子課題的研究成果。系統利用單片機對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的管理軟件進(jìn)行分析及總結以最合理、優(yōu)化的方式發(fā)現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(lái)充電和放電。決策的執行是依靠一套功率四象限逆變器來(lái)自動(dòng)完成的。該四象限逆變器可以正向充電也可反向將電池內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，以達到延長(cháng)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)域有廣泛的應用，被研究人員采用在旅游觀(guān)光潛艇及常規潛水艇上作推進(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有如下特點(diǎn)：

● 電池管理系統由管理主機（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。

● 可檢測并顯示電池組的總電壓、總電流、儲備電量；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、最高和最低溫度、電池組的充放電量。

● 主機還提供報警和控制輸出接口，對過(guò)壓、欠壓、高溫、低溫、過(guò)流、短路等極限情況進(jìn)行報警和控制輸出。

● 提供RS232和CAN總線(xiàn)接口，可在計算機上直接讀取電池管理系統上的所有信息。

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

三、本文研究?jì)热?/strong>

本文針對水下機器人的動(dòng)力源——鋰電池組提出一種鋰電池管理系統的設計方法。該鋰電池管理系統可直接檢測及管理儲能電池工作的全過(guò)程，包括電池充放電過(guò)程管理、電池溫度檢測、電池電壓電流檢測、電量估計、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(guò)程中應該注意的問(wèn)題。

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

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

第四章通過(guò)軟件框圖分析了電池管理系統的軟件實(shí)現，并對各個(gè)軟件實(shí)現單元做了詳細分析。

第五章電池管理系統的系統調試運行結果。

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