一种新式锂电池办理体系的规划与完结

本世纪初以来，锂电池出产与研讨取得了非常大的打破，因其具有的许多杰出优点，如放电电压稳定，自放电率低，作业温度规模宽，无回忆效应，贮存寿命长，重量轻，体积小等特色，现已慢慢地替代了传统的镍镉蓄电池及铅酸蓄电池，在社会出产和生活的应用领域越来越宽，成为了目前干流的动力电池。由于在锂电池内部，其化学反应非常复杂，在大家不断完善电池本身功用的一起，也在对电池的办理技能及运用进行不断的研讨，以添加电池运用寿命，进步电池功率，最大地表现电池功用。

电池办理体系（Battery Management System，BMS），它触及微电脑技能及检查等技能，施行动态地监控电池单元及电池组的运转状况，能够准确地核算电池的剩下电量，对电池施行充放电维护，促使其处在最好作业状况，下降运转本钱，进步运用寿命。这篇文章归纳了国内外的一些领先效果，规划并完结了一种新的锂电池办理体系。本办理体系构造选用模块化、分布式的规划，体系包括2级的操控构造，即本地丈量模块与中央处理模块。其间，中央处理模块首要的功用为运用RS232接口和上位机施行通讯，以CAN总线网络办法进行和本地丈量模块连通；本地丈量模块首要的功用为数据收集（首要为温度、电流及电压的数据收集），充放电操控，电量丈量，单个电池均衡及运用CAN总线技能与中央处理模块通讯等。

1办理体系硬件规划计划

这篇文章规划的电池办理体系，首要是应用在电动车及一些水下设备，因此体系规划上要构造合理，技能领先，可扩展性强；体系的各种参数技能准确度要高。因此，本电池办理体系的规划，要完结以下各种功用：

1）实时收集电池信息，包括电池组总电压，单个电池电压，充放电电流及温度等参数；

2）丈量和显现剩下电量；

3）能够供给数据传输接口，完结和CAN总线有些及上位机的通讯；

4）人机交互功用好，体系安全、牢靠，具有较强的抗干扰性。

本锂电池办理体系包括2级的操控构造，分别是中央处理模块(Central Electric Control Unit，CECU)、本地丈量模块(Local Electric Control Unit，LECU)，中央处理模块和本地丈量模块是以CAN总线的办法完结通讯衔接。本电池办理体系构造如图2所示。在图2中，本地丈量模块的首要功用是进行对电池组的充电，组成模块有：数据收集模块（为要为电流，电压，温度等的数据收集），均衡模块，充电模块，电量丈量模块等；中央处理模块首要是进行本地丈量模块的办理，运用CAN总线通讯办法，进行操控信息的发送和电池状况信息的接纳。

2本地丈量模块硬件规划

2.1电压收集模块

单电池端电压，其为施行电池剩下电量核算，充放电办法挑选，以及运转状况评价的一个首要根据，所以对电池组进行监控的前提条件，即是要有一个合理的单电池端电压丈量办法。然而由于电池组中电池数目多，总的电压比较高，丈量的精度请求高，因此施行电源丈量的难度比较大。电压监测计划的作业原理是：第一步，MCU操控的多路开关Kn-1、Kn-2（n为数1至7之间），同步把电容与与之对应的单元电池两头施行对接，开端电容充电，到达电容电压与单元电池电压一样的意图；第二步，将MCU操控多路开关Kn-1、Kn-2进行断开，并把开关K1及K2合上，接到单片机的A/D模块施行丈量。在丈量的时分，根据防止因电池端电压不稳定形成影响成果的思考，模块选用选择屡次丈量平均值的办法。该计划能够很方便地运用微处理器内部A/D单元，不要额定添加A/D模块，进步了规划的功率，节省了本钱。通常在实践的电路中，能够运用继电器来完结模仿开关。

2.2电流收集模块

关于充放电进程中动态电流的丈量，这篇文章经过运用LEM公司LTSR25-NP电流传感器来完结。此元件是根据霍尔效应的带抵偿的闭环多量程电流传感器，经过单极性电压的办法进行供电，具有杰出的丈量精度，没有插入损耗，线性度超卓，电流过载能力比较好。在摄氏25度以下，其丈量精度能够到达±0.2%。其额定电流是25安，最大的可测电流是80安，能够很好地完结体系规划请求。此电流传感器能够将充放电电流变换成0到5伏的电压信号，然后接入到单片机的A/D单元，能够测得充放电电流。

2.3温度收集模块

温度收集模块，是经过美国Dallas半导体公司的DS620可编程智能数字温度传感器完结的。其芯片里富含寄存器、A/D转换器以及接口电路，能够直接把数字信号输出。其和单片机的接口电路比较简单，传输间隔长，操控功用好，对外界的抗干扰能力强，特别适用于低功耗的微型温度丈量体系。该DS620数字温度传感器，能够供给1.7至3.5伏的低电压温度丈量，在0到70摄氏度的环境中，丈量精度可到达±0.5摄氏度，传感器能够作业的规模为零下55到零上125摄氏度之间。能够应用在分布式的传感体系中，进行多点的衔接，一条总线能够一起衔接8个DS620一起作业。这篇文章经过SPCE061A的IOA2及IOA3接口，模仿I2C总线，进行和DS620的通讯。

2.4均衡模块

施行对串联衔接的蓄电池组充电时，由于电池组里的各单元化学特性的区别，假如一些单元电池充满电，但另一些单元电池却还没有充电结束，这就会发作被充满电的电池单元产生过充电景象，这就会对蓄电池影响很大。与此相反，假如那些蓄电池不能长时间充足电，及会添加内阻，下降蓄电池的容量，致使蓄电池的简单损坏。处理蓄电池在充电进程中的一些充电缺乏及过充疑问的一个最有用的办法，即是施行对电池均衡充电，让一切的电池均能够到达均衡一致状况。本电池办理体系所选用的均衡计划，即选用双向可逆DC/DC动态均衡办法的原理，经过DC/DC开关电源，在充放电进程中根据检查到的各单体电池的电压值，进行对需充电的单节电池动态均衡充电，用电池组的电量对该节电池施行额定的均衡充电。DC/DC开关电源运用的是新星的DOM-24D15S5芯片，其输入电压是18至36伏之间，输出电压为4.6至5.5伏之间。

2.5充电模块

当时，大多数的充电曲线为恒压与恒流充电曲线的组合。锂电池在充电后期，根据保证电池安全的思考，电池充电需求选用恒压充电的办法。一般充电的办法把蓄电池的充电进程分红3个有些，即：预充、恒流及恒压，其原理和操控进程比较简单，在充电的前期期间，充电速度较快，充电功率较高。然而，这种充电的办法导致的热量非常大。为了处理这个疑问，这篇文章经过把预充及恒压充电成为间歇充电的办法，恒流充电的办法借助于充电电源适配器的限流操控。

当锂离子电池组进行充电时，假如该电池组装置有电池办理体系，则必需要外接一个能和其匹配的恒压限流型的电源适配器。核算恒压值U表达式是：U=4.2*N+损耗电压；在上式中，N表明电池的节数，而损耗电压是经过试验取得。在本体系中，选用的锂电池是深圳雷天公司的TS-LCP50AHA型，该型电池的限流值Ic是0至0.5C之间，C表明电池容量。在核算时，取TS-LCP50AHA型电池的最好充电电流0.3C。对电池进行充电之前，一定要先

先施行体系的初始化，接着在以预充、恒流充电及恒压充电这3个过程进行电池的充电。