鋰離子電池組監控系統研究與實現 — 鋰電池組管理系統測試及結論

　　本系統的電路板已經設計成功并投入實際測試，系統電路板如圖7.1所示。

　　對鋰電池組管理系統的測試主要包括電壓采集、溫度采集、電流檢測、過充和過放電保護功能、短路保護功能、溫度保護功能等內容。

　　7.1電壓采集功能測試

　　測試電壓采集功能時，首先按圖7.2所示方法連接系統。

　　將鋰電池組、保護器和上位機連接好后，用4位半高精度萬用表對所有單體鋰電池的電壓(用電池組模擬器產生)進行測量，并觀察上位機應用程序顯示的數據，進行比較和記錄。

　　對每一節鋰電池的電壓測量需要進行3組，分別測量鋰電池在低電壓(約2.4V)、中間電壓(約3.2V)、高電壓(約3.8V)三種情況下的測量值與掃描值，比較二者誤差。

　　測量數據如表7.1所示。

　　經實際測量后，16路的電壓檢測的大部分測量值與掃描值的誤差在10mV以內，達到了較高的設計指標。

　　在某節電池電壓不變時，改變其前級電壓，在個別節中會發生掃描值的小幅波動，經理論分析其原因是由于分壓電阻網絡阻值不一致所引起的，但仍能保持在正常誤差范圍之內。

　　7.2電流檢測

　　電流檢測功能測試按圖7.3所示連接。在電池組、保護器與負載構成的工作回路中，利用電流鉗來測試實際工作電流，同時將保護器檢測到的電流值上傳到上位機應用程序顯示。

　　由于條件所限，這里僅檢測了10A以下范圍的放電電流，共測試3組，具體數據見表7.2.

　　由于系統實際電流測試范圍設計為為80A以內，因此電流檢測精度并不高，實測結果顯示可以控制在100mA左右，可以滿足實際應用需求。

　　7.3溫度檢測

　　保護器共有4路溫度檢測通道，對溫度檢測功能測試的方法是，將4路溫度檢測電路的熱敏電阻和萬用表的溫度檢測探頭同時置入80℃的熱水中，觀察記錄保護器傳遞給上位機應用程序顯示的溫度值與萬用表測得的溫度值。

　　測試結果表明檢測電路的溫度值與萬用表的測量值有2℃內的誤差，基本滿足設計要求，但溫度檢測電路的響應速度較萬用表測量的溫度慢，主要原因在于熱敏電阻本身響應速度較慢，因此在對溫度保護要求較高的應用中，可考慮其它測溫技術。

　　7.4過充、過放保護功能測試

　　測試該功能時，按照圖7.4所示連接系統。

　　測試時，通過調整電池模擬器中某節電池的電壓，分別使之低于設定的鋰電池最低放電電壓和高于最高充電電壓，觀察保護器中的充放電狀態指示燈，測量充放電控制MOS管的管壓降，觀察上位機顯示的保護板工作狀態來判讀是否實現了相應的保護功能。

　　系統實際設定的最低放電電壓為2.5V，最高充電電壓是4.2V，實際測試結果表明保護器分別在模擬器電壓達到2.510V和4.195V時，可以立即關斷放電或充電回路，實現了基本的過充和過放電保護功能。

　　7.5過流和短路保護測試

　　過流保護主要是由單片機依據電流采集所獲得的采樣值和設置的電流保護閾值進行比較，來決定是否關斷充電或放電回路。測試電路結構圖如圖7.5所示。

　　當檢測到電流大于設定保護值時，由單片機輸出控制信號切斷MOSFET開關。

　　短路保護功能仍然利用電流采集電路獲得的電壓值和門限電壓進行比較，短路時比較電路輸出脈沖作為單片機的中斷輸入，在中斷程序中切斷回路，實時地進行短路保護。

　　7.6溫度保護

　　溫度保護功能是在環境溫度低于或超過一定值時，使系統進入保護狀態，主要通過比較檢測溫度和系統設置的最高溫度、最低溫度來進行充放電保護。

　　通過實際測試，保護器實現了高低溫保護功能。

　　7.7結論

　　經過測試，該系統基本滿足設計要求，達到了預期的目的。盡管如此，但是由于設計經驗的匱乏和時間的限制，系統還有進一步完善和改進的空間：

　　⑴電池組在均衡的過程中，由于采用的是能量損耗法，所以保護器上的溫度會較高。這需要我們研究用簡單可靠的非損耗型均衡法來實現電池組的均衡。

　　⑵電路板在設計時尺寸較大，不利于在電動車的鋰電池組附近安裝。目前，準備把系統分成3部分制板，這樣可以大大減小電路板的面積。

　　⑶電流檢測的精度雖然可以滿足本系統的需要，但是精度不高。后期需要我們研究新的電流采集電路提高電流檢測的精度。