鋰電池管理系統的研究與實現 — 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以單片機為核心，采用分布式網絡控制系統結構，可以實時檢測動力電池的各種運行參數：

電池SOC、總電壓、總電流、單體模塊電壓、電池包內特征溫度；

可以根據電池狀態進行故障診斷和報警，同時具有熱管理功能等；

系統參數通過PC進行標定，通過CAN總線與整車其他系統進行通信實現信息共享。

系統已經在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，實現電動車輛效率最大化，估計電池組的剩余電量及車輛續駛里程、單體電池及成組電池的檢測與電池組溫度控制、電機及空調等耗能部件的功率分配等內容；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為國家863計劃電動汽車重大專項子課題的研究成果。系統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。總的和單組電池的所有信息由單片機的管理軟件進行分析及總結以最合理、優化的方式發現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將電池內電量逆變后饋送給電網。這樣電池能經常把電荷放光，消除記憶，并“鍛煉”容量，以達到延長電池壽命的效果。

深圳雷天公司研發生產的大功率、高容量鋰動力電池在深海領域有廣泛的應用，被研究人員采用在旅游觀光潛艇及常規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的配套電池管理系統有如下特點：

● 電池管理系統由管理主機（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上的所有信息。

該電池管理系統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使用壽命。電池管理系統如下圖所示：

三、本文研究內容

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的設計方法。該鋰電池管理系統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，在分析比較國內外目前主要采用的幾種估計方法的基礎上，進一步研究了在本系統中采用的SOC估算方法，即開路電壓與電量累積相結合的方法。

第三章分析了鋰電池管理系統的硬件實現，按功能模塊依次詳細分析了處理器，數據采集模塊，充電控制模塊，均衡模塊，數據顯示和串口通信的工作原理和電路實現。

第四章通過軟件框圖分析了電池管理系統的軟件實現，并對各個軟件實現單元做了詳細分析。

第五章電池管理系統的系統調試運行結果。

第六章對工作進行了總結，并對下一步重點研究的內容做了展望。