采用M68HC08GZ16的電池管理系統設計

1.3 均衡模塊

　　電池組常用的均衡方法有分流法、飛速電容均衡充電法、電感能量傳遞方法等。在本系統中，需要較多的I/O口驅動開關管，而單片機的I/O口有限，所以采取整充轉單充的充電均衡方法。原理圖如圖3所示。Q4是控制電池組整充的開關，Q2、Q3、Q5是控制單節電池充電的開關。以10節錳酸鋰電池組為例，變壓器主線圈兩端電壓為42 V，副線圈電壓為電池的額定電壓4.2 V。剛開始Q4導通，Q2、Q3、Q5截止，單節電池的電壓不斷升高，當檢測到某一節電池的電壓達到額定電壓4.2 V以后，電壓檢測芯片發出驅動信號，封閉Q4，打開Q2、Q3、Q5，整個系統進入單充階段，未布滿的電池繼承充電，以達到額定電壓的電池保持額定電壓不變。經測試，電壓差值不會超過50 mV

　　2 SOC電量檢測

　　在鋰離子電池管理系統中，常用的SOC計算方法有開路電壓法、庫倫計算法、阻抗測量法、綜合查表法。

　　(1)開路電壓法是最簡單的測量方法，主要根據電池開路電壓的大小判斷SOC的大小。由電池的工作特性可知，電池的開路電壓與電池的剩余容量存在著一定的對應關系。

　　(2)庫侖計算法是通過測量電池的充電和放電電流，將電流值與時間值的乘積進行積分后計算得到電池充進的電量和放出的電量，并以此來估計SOC的值。

　　(3)阻抗測量法是利用電池的內阻和荷電狀態SOC之間一定的線性關系，通過測出電池的電壓、電流參數計算出電池的內阻，從而得到SOC的估計值。

　　(4)綜合查表法中電池的剩余容量SOC與電池的電壓、電流、溫度等參數是密切相關的。通過設置一個相關表，輸入電壓、電流、溫度等參數就可以查詢得到電池的剩余容量值。

　　在本設計中，從電路的集成度、成本、所選MCU的性能方面考慮，采用了軟件編程的方法。綜合幾種方法，采用庫倫計算法比較合適。

　　(1)用C表示鋰電池組從42 V降到32 V時放出的總的電量。

　　(2)用η表示電流i經過時間t后，放出的電量與C的比值。

　　其中CRM為剩余電量。令ΔCi=i×Δt，表示?駐t時間內電池組以i放電的放電量;或者是以i充電的充電量，剩余電量實際上是對ΔCi的計算以及累加。設定合適的采樣時間Δt，測定當前的電流值，然后計算乘積，得到Δt時間內剩余容量CRM的變化量，從而不斷更新CRM的值，即可實現SOC電量的檢測。

　　3 試驗結果

　　通過電池管理系統對錳酸鋰電池組進行充放電測試。圖4(a)為鋰電池組放電測試圖，放電電流為8 A，當電池組電壓降至32 V時，放電MOS管關斷。圖4(b)為充電的測試圖。充電結束4小時后，均衡完成。

　　本文的電池管理系統以M68HC08GZ16為核心，實現了對電池組單體電壓、電流、溫度信號的采集。充電電量平衡以后，單體電池的電壓差值不超過50 mV。整體系統運行性能良好，能夠滿足電動車動力電池組應用需要。