鋰電池管理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) — 研究目的與意義

電流電壓及電池箱溫度的采集，SOC估計，自動均衡，電池故障診斷和安全保護。

北京理工大學王建群等為純電動汽車研制的電池管理系統(tǒng)以單片機為核心，采用分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以實時檢測動力電池的各種運行參數(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)進行故障診斷和報警，同時具有熱管理功能等；

系統(tǒng)參數(shù)通過PC進行標定，通過CAN總線與整車其他系統(tǒng)進行通信實現(xiàn)信息共享。

系統(tǒng)已經(jīng)在BK 6121EV純電動公交客車上安裝。可以有效地管理電動車輛有限的能量，實現(xiàn)電動車輛效率最大化，估計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與電池組溫度控制、電機及空調(diào)等耗能部件的功率分配等內(nèi)容；并解決了動車輛運營過程中的故障診斷、高壓安全、充電通訊接口、延長電池使用壽命、提高電動車可靠性等問題。

北方交通大學姜麗君等研制的電池管理系統(tǒng)為國家863計劃電動汽車重大專項子課題的研究成果。系統(tǒng)利用單片機對電池的充電及放電信息進行采集，所采集的信息包括實時的充放電電流、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，以達到延長電池壽命的效果。

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)潛水艇上作推進器主動力的電池組動力能源。雷天公司為鋰動力電池研發(fā)的配套電池管理系統(tǒng)有如下特點：

● 電池管理系統(tǒng)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，對過壓、欠壓、高溫、低溫、過流、短路等極限情況進行報警和控制輸出。

● 提供RS232和CAN總線接口，可在計算機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)作為電池安全運用的有力保障，使得電池時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、本文研究內(nèi)容

本文針對水下機器人的動力源——鋰電池組提出一種鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計方法。該鋰電池管理系統(tǒng)可直接檢測及管理儲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、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方面。

本文的主要內(nèi)容包括一下幾個部分：

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，在分析比較國內(nèi)外目前主要采用的幾種估計方法的基礎(chǔ)上，進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)的硬件實現(xiàn)，按功能模塊依次詳細分析了處理器，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)的軟件實現(xiàn)，并對各個軟件實現(xiàn)單元做了詳細分析。

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

第六章對工作進行了總結(jié)，并對下一步重點研究的內(nèi)容做了展望。