鋰電池管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) — 研究目的與意義
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-03 14:35
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1）電池充放電過(guò)程管理：即實(shí)時(shí)監(jiān)控電池充放電時(shí)的溫度、電壓、電流等參數(shù)，在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)做斷開(kāi)充電電路，發(fā)出報(bào)警信息等相應(yīng)處理。
（2）電池溫度檢測(cè)：即對(duì)電動(dòng)車蓄電池單個(gè)電池進(jìn)行溫度檢測(cè)，依據(jù)電池類型設(shè)定該型號(hào)電池安全溫度參數(shù)范圍，在發(fā)現(xiàn)溫度不在安全范圍時(shí)做相應(yīng)處理，并發(fā)出報(bào)警信息，提示問(wèn)題電池的位置。
（3）電池電壓電流檢測(cè)：即檢測(cè)蓄電池各組電壓、電流，依據(jù)檢測(cè)參數(shù)來(lái)通過(guò)算法判斷電池好壞，并估算剩余電量。
（4）電量估計(jì)：即電池剩余電量的測(cè)量，依據(jù)所測(cè)參數(shù)準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)（State of Charge，即SOC）。
（5）單體電池間的均衡：即為單體電池均衡充電，使電池組中各個(gè)電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。
（6）電池故障診斷：即依據(jù)所測(cè)單個(gè)電池溫度、電壓等參數(shù)對(duì)比其正常參數(shù)范圍做出診斷處理。
目前，電池管理的難點(diǎn)和關(guān)鍵在于：
（1）如何根據(jù)采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數(shù)據(jù)，建立確定每塊電池剩余能量的較精確的數(shù)學(xué)模型，即儲(chǔ)能電池的SOC狀態(tài)計(jì)量技術(shù)。
（2）儲(chǔ)能電池的快速充電技術(shù)及均衡充電技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是目前世界正在致力研究與開(kāi)發(fā)的另一項(xiàng)電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
二、鋰電池管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
國(guó)外電池管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
隨著近十年來(lái)電動(dòng)汽車研究和使用的不斷升溫，國(guó)外一些大的汽車生產(chǎn)商和電池供應(yīng)商針對(duì)各種電池作了大量研究及試驗(yàn)，總結(jié)出電池的數(shù)學(xué)模型，并成功開(kāi)發(fā)出許多電池管理系統(tǒng)裝在車上試用。比較有代表性的有：德國(guó)Mentzer Electronic GmbH和Werner Retzlaff為首設(shè)計(jì)的BADICHEQ系統(tǒng)及BADICOaCH系統(tǒng)；德國(guó)的B.Hauck設(shè)計(jì)的BATTMAN系統(tǒng)；美國(guó)通用汽車公司生產(chǎn)的電動(dòng)汽車EV1上的電池管理系統(tǒng)；美國(guó)Aerovironment公司開(kāi)發(fā)的SmartGuard系統(tǒng)（Long-Life Battery Using Intelligent Modular Control System）；美國(guó)AC Propulsion公司開(kāi)發(fā)的名為BatOpt的高性能電池管理系統(tǒng)。
1、BADICHEQ系統(tǒng)及BADICOaCH系統(tǒng)BADICHEQ系統(tǒng)是以Mentzer Electronic GmbH和Werner Retzlaff為首在1991年開(kāi)始設(shè)計(jì)的，并于1991年12月首次裝車實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)和修改，于1992年4月達(dá)到如下功能：
● 能同時(shí)對(duì)20個(gè)電池單元進(jìn)行電壓測(cè)量；
● 能進(jìn)行電流和溫度測(cè)量；
● 能根據(jù)電池單元對(duì)主充電機(jī)的充電電流進(jìn)行控制；
● 能用一個(gè)小的充電機(jī)對(duì)單個(gè)電池進(jìn)行均衡充電；
● 能儲(chǔ)存歷史數(shù)據(jù)和與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；。在儀表盤(pán)上顯示最差電池單元的剩余電量、電池電流、實(shí)際電池電量以及各種異常報(bào)警。
BADICOaCH是BADICHEQ系統(tǒng)的改進(jìn)，它有以下特點(diǎn)：
● 它的一個(gè)最重要的特點(diǎn)是在每個(gè)電池單元上加一個(gè)非線性電路（WLC）來(lái)測(cè)量電壓，并將一個(gè)電池組的八個(gè)單元電壓都通過(guò)一條信號(hào)線傳遞給BADICOaCH系統(tǒng)，并在那里解碼；
● 裝有兩條PWM信號(hào)輸出線來(lái)控制充電電流和電壓的大?。?/div>
● 最差電池單元的剩余電量被顯示出來(lái)；
● 給最差電池單元以過(guò)放保護(hù)，給出停止使用信號(hào)；
● 對(duì)最近24個(gè)充放電周期的詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯并允許在對(duì)電池好壞作判斷時(shí)進(jìn)行快速查找電池基本信息和錯(cuò)誤使用情況；
● 與PC機(jī)數(shù)據(jù)傳送采用RS232標(biāo)準(zhǔn)。
2、BATTMAN系統(tǒng)德國(guó)的B.Hauck設(shè)計(jì)的BATTMAN電池管理系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)了將所有的不同型號(hào)動(dòng)力型電池組的管理做成一個(gè)系統(tǒng)，通過(guò)改變硬件的跳線和在軟件上增加選擇參數(shù)的辦法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同型號(hào)電池組的管理。之所以要這樣做，是根據(jù)對(duì)不同型號(hào)的電池組的管理可分為共同的部分和特殊的部分。而且共同的部分占很大的比重，他認(rèn)為這些共同的部分是：
● 決定電池能存貯的電流能量；
● 決定最弱電池單元的剩余電量；
● 能影響電池的運(yùn)行和數(shù)據(jù)的記錄；
● 溫度的測(cè)量。
3、EV1的電池管理系統(tǒng)通用汽車公司推出的EVl電動(dòng)汽車由26個(gè)鉛酸蓄電池供電，放電深度80%，電池壽命是450個(gè)深放電周期，113公里市內(nèi)行駛里程（美國(guó)環(huán)保局指標(biāo)，USA EPA Schedule）， 145公里高速公路行駛里程（美國(guó)環(huán)保局指標(biāo)，USAEPASchedule）。
可見(jiàn)，EVl的電池管理系統(tǒng)的核心是BPM.BPM有以下功能：
總的說(shuō)來(lái)，EVl的電池管理系統(tǒng)與一般意義上的電池管理系統(tǒng)有區(qū)別，它把系統(tǒng)側(cè)重點(diǎn)放在了電池組的可靠性（Safety Features）上。
4、SmartGuard系統(tǒng)這個(gè)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是在電池上裝有一個(gè)分布式的管理裝置（用了專用IC）來(lái)測(cè)量電池的電壓和溫度，在主控部件有信號(hào)來(lái)時(shí)還可起動(dòng)電流旁路電路。
5、BatOpt系統(tǒng)該系統(tǒng)由每個(gè)電池上的監(jiān)控模塊和中心控制單元組成一個(gè)分布式系統(tǒng)。通過(guò)two_wire總線，監(jiān)控模塊向主控單元報(bào)告電池電壓、溫度等信息，主控單元收集單體電池信息后，提供手動(dòng)和自動(dòng)充電策略，它有如下特點(diǎn)：
