一種新型鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著社會(huì)的發(fā)展，鋰電池在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，電池的應(yīng)用與管理變成了各種設(shè)備發(fā)展中一種非常關(guān)鍵的技術(shù)。本文通過(guò)對(duì)鋰電池技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)了一種新型的關(guān)于鋰電池的管理系統(tǒng)，并介紹了實(shí)現(xiàn)方法。該鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)施了分布式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)容包含有電量估計(jì)，電池充電與放電，單個(gè)電池間的均衡等功能本地測(cè)量模塊，具體分析了實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)。

本世紀(jì)初以來(lái)，鋰電池生產(chǎn)與研究獲得了非常大的突破，因其擁有的諸多良好優(yōu)點(diǎn)，如放電電壓穩(wěn)定，自放電率低，工作溫度范圍寬，無(wú)記憶效應(yīng)，儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)，重量輕，體積小等特點(diǎn)，已經(jīng)慢慢地代替了傳統(tǒng)的鎳鎘蓄電池及鉛酸蓄電池，在社會(huì)生產(chǎn)和生活的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越寬，變成了目前主流的動(dòng)力電池。因?yàn)樵阡囯姵貎?nèi)部，其化學(xué)反應(yīng)非常復(fù)雜，在人們不斷完善電池自身性能的同時(shí)，也在對(duì)電池的管理技術(shù)及使用進(jìn)行不斷的研究，以增加電池使用壽命，提高電池效率，最大地發(fā)揮電池性能。

電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS），它涉及微電腦技術(shù)及檢測(cè)等技術(shù)，實(shí)施動(dòng)態(tài)地監(jiān)控電池單元及電池組的運(yùn)行狀態(tài)，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算電池的剩余電量，對(duì)電池實(shí)施充放電保護(hù)，促使其處在最佳工作狀態(tài)，降低運(yùn)行成本，提高使用壽命。本文綜合了國(guó)內(nèi)外的一些先進(jìn)成果，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新的鋰電池管理系統(tǒng)。本管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用模塊化、分布式的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)包含2級(jí)的控制結(jié)構(gòu)，即本地測(cè)量模塊與中央處理模塊。其中，中央處理模塊主要的功能為利用RS232接口和上位機(jī)實(shí)施通信，以CAN總線網(wǎng)絡(luò)形式進(jìn)行和本地測(cè)量模塊連通；本地測(cè)量模塊主要的功能為數(shù)據(jù)采集（主要為溫度、電流及電壓的數(shù)據(jù)采集），充放電控制，電量測(cè)量，單個(gè)電池均衡及利用CAN總線技術(shù)與中央處理模塊通信等。

1管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)，主要是應(yīng)用在電動(dòng)車(chē)及一些水下設(shè)備，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進(jìn)，可擴(kuò)展性強(qiáng)；系統(tǒng)的各種參數(shù)技術(shù)準(zhǔn)確度要高。因此，本電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要實(shí)現(xiàn)以下各種功能：

1）實(shí)時(shí)采集電池信息，包含電池組總電壓，單個(gè)電池電壓，充放電電流及溫度等參數(shù)；

2）測(cè)量和顯示剩余電量；

3）能夠提供數(shù)據(jù)傳輸接口，完成和CAN總線部分及上位機(jī)的通信；

4）人機(jī)交互功能好，系統(tǒng)安全、可靠，具有較強(qiáng)的抗干擾性。

電池管理系統(tǒng)框圖如圖1所示。

在圖1中能夠看出，本鋰電池管理系統(tǒng)包含2級(jí)的控制結(jié)構(gòu)，分別是中央處理模塊（Central Electric Control Unit，CECU）、本地測(cè)量模塊（Local Electric Control Unit，LECU），中央處理模塊和本地測(cè)量模塊是以CAN總線的形式實(shí)現(xiàn)通信連接。本電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在圖2中，本地測(cè)量模塊的主要功能是進(jìn)行對(duì)電池組的充電，組成模塊有：數(shù)據(jù)采集模塊（為要為電流，電壓，溫度等的數(shù)據(jù)采集），均衡模塊，充電模塊，電量測(cè)量模塊等；中央處理模塊主要是進(jìn)行本地測(cè)量模塊的管理，利用CAN總線通信方式，進(jìn)行控制信息的發(fā)送和電池狀態(tài)信息的接收。本文僅對(duì)其中幾個(gè)關(guān)鍵的模塊進(jìn)行介紹。