汽車磷酸鐵鋰動力電池監(jiān)測管理系統(tǒng)BMS的實(shí)現(xiàn)

一.概述：

人們對一次能源又進(jìn)一步加以分類。凡是可以不斷得到補(bǔ)充或能在較短周期內(nèi)再產(chǎn)生的能源稱為再生能源，反之稱為非再生能源。風(fēng)能、水能、海洋能、潮汐能、太陽能和生物質(zhì)能等是可再生能源;煤、石油和天然氣等是非再生能源。地?zé)崮芑旧鲜欠窃偕茉?，但從地球?nèi)部巨大的蘊(yùn)藏量來看，又具有再生的性質(zhì)。核能的新發(fā)展將使核燃料循環(huán)而具有增殖的性質(zhì)。核聚變的能比核裂變的能可高出 5~10倍，核聚變最合適的燃料重氫(氘)又大量地存在于海水中，可謂取之不盡，用之不竭.核能是未來能源系統(tǒng)的支柱之一。隨著全球各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求的日益增加，現(xiàn)在許多發(fā)達(dá)國家都更加重視對可再生能源、環(huán)保能源以及新型能源的開發(fā)與研究;同時(shí)我們也相信隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，專家們會不斷開發(fā)研究出更多新能源來替代現(xiàn)有能源，以滿足全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人類生存對能源的高度需求，而且我們能夠預(yù)計(jì)地球上還有很多尚未被人類發(fā)現(xiàn)的新能源正等待我們?nèi)ヌ綄づc研究。

磷酸鐵鋰是一種新型電池，它具有大容量，壽命長(比鉛酸電池長3-4倍)，可循環(huán)充放電2000次以上，充電速度快，在1.5C充電速率條件下，40分鐘即可充飽，可提供大的啟動電流。耐高溫，電熱峰值可達(dá)350℃-500℃。體積小重量輕，與同等容量的鉛酸電池相比，重量減輕1/3強(qiáng)。無污染，清潔環(huán)保。更重要的屬性是：磷酸鐵鋰電池經(jīng)過嚴(yán)格的安全測試，即使在最惡劣的交通事故中也不會產(chǎn)生爆炸，磷酸鐵鋰完全解決了象鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，鈷酸鋰和錳酸鋰在強(qiáng)烈的碰撞下會產(chǎn)生爆炸，對消費(fèi)者的健康和安全構(gòu)成威脅。所以磷酸鐵鋰是作為汽車動力電池最合適的選擇。

上圖為控制電路功能框圖。

單節(jié)磷酸鐵鋰電池電壓約為2.5-3.3V,那么動力電壓需要多節(jié)電池串并聯(lián)組合才能提供足夠高的電壓和大電流，一般公交車動力電池約需要340V左右的電壓，即需要100多節(jié)電池進(jìn)行串聯(lián)。如此多的電池，我們需要對每一單節(jié)電池的電壓和溫度進(jìn)行監(jiān)測，時(shí)刻了解電池的屬性，這就需要一個(gè)電池管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

電池管理系統(tǒng)(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)電池管理系統(tǒng)(BMS)是電池與用戶之間的紐帶，主要對象是二次電池。 二次電池存在下面的一些缺點(diǎn)，如存儲能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問題、使用安全性、電池電量估算困難等。電池的性能是很復(fù)雜的，不同類型的電池特性亦相差很大。 電池管理系統(tǒng)(BMS)主要就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。隨著電池管理系統(tǒng)的發(fā)展，也會增添其它的功能。

我公司的汽車動力電池多節(jié)(組)監(jiān)測管理系統(tǒng)BMS就針對多節(jié)磷酸鐵鋰電池的在線監(jiān)測而開發(fā)，這套系統(tǒng)可對最多12組(每組可檢測12個(gè)單節(jié)電池)，即最多144個(gè)單節(jié)電池電壓和溫度實(shí)時(shí)在線檢測，并將測量數(shù)據(jù)在一個(gè)7寸觸摸顯示終端上顯示。1-2秒即可對被測量的全部單節(jié)電池?cái)?shù)據(jù)刷新一次。對電池的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。同時(shí)可測量電池的充放電流?？娠@示總電壓?？蓵r(shí)刻監(jiān)測多組電池的工作溫度。并會對電池電壓過低過過高，溫度值的超溫實(shí)行提示報(bào)警功能。

下圖為汽車動力電池多節(jié)(組)監(jiān)測管理系統(tǒng)BMS測試平臺，注意，此時(shí)測量的是一組全新未經(jīng)過充電的電池組，所以電池電壓均在未充電狀態(tài)的電壓值。前面的4節(jié)電池組根據(jù)客戶要求并未安裝溫度傳感器，所以溫度指均為0.

下圖為單組電池電壓溫度采集板(LECU)外觀圖

下圖為單組電池電壓溫度采集板(LECU)外觀圖

下圖為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(BMS)外觀圖

每組采集板只能采集12個(gè)單節(jié)電池的電壓，如果需要對多于12節(jié)單節(jié)電池的監(jiān)測，須采用多個(gè)電路采集板，例如9組電池可采集9x12=108節(jié)(組，為了提高輸出電流，可允許多個(gè)單節(jié)電池并聯(lián))單節(jié)電池，而數(shù)據(jù)處理板可對12組以下(含12組)電池采集板的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)可對電池的充放電電流進(jìn)行取樣和測量，并一同將所有電池?cái)?shù)據(jù)傳輸給控制顯示終端。

考慮到不同車型的啟動電池的電壓差異，例如小型轎車的電池是12V,而大型公交車的電池電壓是24V,我們的管理系統(tǒng)使用的汽車的啟動電池電源。系統(tǒng)電源需要一個(gè)DC-DC開關(guān)電源變換器，允許電池電壓在9V-30V之間的范圍變化，整個(gè)系統(tǒng)的耗電量極低，在9組采集板和一個(gè)數(shù)據(jù)處理板，使用24V電壓時(shí)，工作電流僅為45mA.12V電壓下，電流也僅為98mA.

下圖為電池管理系統(tǒng)觸摸顯示終端界面