钜大LARGE | 点击量：1048次 | 2019年05月24日
一种新式的锂离子电池办理体系
跟着社会的发展，锂电池在出产日子的各个领域应用十分广泛，电池的应用与办理变成了各种设备发展中一种十分关键的技能。本文经过对锂电池技能的研究，规划了一种新式的关于锂电池的办理体系，并介绍了完成办法。该锂电池办理体系的规划，施行了分布式的结构规划，内容包括有电量估量，电池充电与放电，单个电池间的均衡等功能本地丈量模块，具体分析了完成各个模块的硬件规划。
本世纪初以来，锂电池出产与研究取得了十分大的打破，因其具有的诸多杰出长处，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，体积小等特点，已经慢慢地代替了传统的镍镉蓄电池及铅酸蓄电池，在社会出产和日子的应用领域越来越宽，变成了目前主流的动力电池。由于在锂电池内部，其化学反应十分复杂，在人们不断完善电池本身性能的一起，也在对电池的办理技能及运用进行不断的研究，以添加电池运用寿命，进步电池效率，最大地发挥电池性能。
电池办理体系（BatteryManagementSystem，BMS），它涉及微电脑技能及检测等技能，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，促使其处在最佳作业状况，下降运转本钱，进步运用寿命。本文综合了国内外的一些先进效果，规划并完成了一种新的锂电池办理体系。本办理体系结构选用模块化、分布式的规划，体系包括2级的操控结构，即本地丈量模块与中央处理模块。其间，中央处理模块主要的功能为运用RS232接口和上位机施行通讯，以CAN总线网络方法进行和本地丈量模块连通；本地丈量模块主要的功能为数据收集（主要为温度、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。
一、办理体系硬件规划计划
本文规划的电池办理体系，主要是应用在电动车及一些水下设备，因此体系规划上要结构合理，技能先进，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，要完成以下各种功能：
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
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）丈量和显示剩下电量；
3）能够提供数据传输接口，完成和CAN总线部分及上位机的通讯；
4）人机交互功能好，体系安全、牢靠，具有较强的抗干扰性。
在图1中能够看出，本锂电池办理体系包括2级的操控结构，分别是中央处理模块(CentralElectricControlUnit，CECU)、本地丈量模块(LocalElectricControlUnit，LECU)，中央处理模块和本地丈量模块是以CAN总线的方法完成通讯衔接。本电池办理体系结构如图2所示。在图2中，本地丈量模块的主要功能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；中央处理模块主要是进行本地丈量模块的办理，运用CAN总线通讯方法，进行操控信息的发送和电池状况信息的接纳。本文仅对其间几个关键的模块进行介绍。
二、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，充放电方法选择，以及运转状况评估的一个主要依据，所以对电池组进行监控的前提条件，便是要有一个合理的单电池端电压丈量办法。但是由于电池组中电池数目多，总的电压比较高，丈量的精度要求高，因而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端施行对接，开端电容充电，到达电容电压与单元电池电压相同的意图；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结果的考虑，模块选用选取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，进步了规划的效率，节省了本钱。通常在实际的电路中，能够运用继电器来完成模仿开关。
2.2、电流收集模块
关于充放电进程中动态电流的丈量，本文经过运用LEM公司LTSR25-NP电流传感器来完成。此元件是根据霍尔效应的带补偿的闭环多量程电流传感器，经过单极性电压的方法进行供电，具有杰出的丈量精度，没有插入损耗，线性度出色，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，能够很好地完成体系规划要求。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成的。其芯片里含有寄存器、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，传输距离长，操控功能好，对外界的抗干扰能力强，尤其适用于低功耗的微型温度丈量体系。该DS620数字温度传感器，能够提供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。本文经过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差异，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完毕，这就会发生被充满电的电池单元产生过充电现象，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足够电，及会添加内阻，下降蓄电池的容量，导致蓄电池的简单损坏。解决蓄电池在充电进程中的一些充电不足及过充问题的一个最有用的办法，便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，在充放电进程中依据检测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
当前，大部分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，根据确保电池安全的考虑，电池充电需要选用恒压充电的方法。一般充电的办法把蓄电池的充电进程分红3个部分，即：预充、恒流及恒压，其原理和操控进程比较简单，在充电的初期阶段，充电速度较快，充电效率较高。但是，这种充电的方法引起的热量十分大。为了解决这个问题，本文经过把预充及恒压充电变成间歇充电的方法，恒流充电的方法借助于充电电源适配器的限流操控。间歇式充电的时序图如图3所示。
当锂离子电池组进行充电时，假如该电池组安装有电池办理体系，则必须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，而损耗电压是经过实验取得。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型电池的最佳充电电流0.3C。对电池进行充电之前，一定要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个步骤进行电池的充电。
三、结束语
综上所述，本文规划并完成了一种新式的锂离子电池办理体系，具体介绍了体系的硬件规划计划及各个功能模块的具体规划。在试验进程中，本体系运转比较正常，各项技能指标，如单电池电压丈量，总电流，总电压，温度丈量等方面都符合要求，体系具有较好的牢靠性和实用性。
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