1.2.2電流采樣電路

電流采樣時，電池管理系統(tǒng)中的參數(shù)是電池過流保護的重要依據(jù)。本系統(tǒng)中電流采樣電路如圖2所示。當(dāng)電池放電時，用康銅絲對電流信號進行檢測，將檢測到的電壓信號經(jīng)過差模放大器的放大，變?yōu)?～5V的電壓信號送至單片機。如果放電的電流過大，單片機檢測到的電壓信號比較大，就會驅(qū)動三極管動作，改變MOS管柵極電壓，關(guān)斷放電的回路。比如，對于36V的錳酸鋰電池來說，設(shè)定其保護電流是60A。康銅絲的電阻是5mΩ左右。當(dāng)電流達到60A時，康銅絲的電壓達300mV左右。為提高精度，將電壓通過放大器放大10倍送至單片機檢測。

1.2.3溫度檢測

電池組在充、放電過程中，一部分能量以熱量形式被釋放出來，這部分熱量不及時排除會引起電池組過熱。如果單個鎳氫電池溫度超過55℃，電池特性就會變質(zhì)，電池組充、放電平衡就會被打破，繼而導(dǎo)致電池組永久性損壞或爆炸。為防止以上情況發(fā)生，需要對電池組溫度進行實時監(jiān)測并進行散熱處理。

采用熱敏電阻作為溫度傳感器進行溫度采樣。熱敏電阻是一種熱敏性半導(dǎo)體電阻器，其電阻值隨著溫度的升高而下降。電阻溫度特性可以近似地用下式來表示：

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(tǒng)中，需要較多的I/O口驅(qū)動開關(guān)管，而單片機的I/O口有限，所以采取整充轉(zhuǎn)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(guān)，Q2、Q3、Q5是控制單節(jié)電池充電的開關(guān)。以10節(jié)錳酸鋰電池組為例，變壓器主線圈兩端電壓為42V，副線圈電壓為電池的額定電壓4.2V。剛開始Q4導(dǎo)通，Q2、Q3、Q5截止，單節(jié)電池的電壓不斷升高，當(dāng)檢測到某一節(jié)電池的電壓達到額定電壓4.2V以后，電壓檢測芯片發(fā)出驅(qū)動信號，關(guān)閉Q4，打開Q2、Q3、Q5，整個系統(tǒng)進入單充階段，未充滿的電池繼續(xù)充電，以達到額定電壓的電池保持額定電壓不變。經(jīng)測試，電壓差值不會超過50mV。

2SOC電量檢測

在鋰離子電池管理系統(tǒng)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[3]。

(1)開路電壓法是最簡單的測量方法，主要根據(jù)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(yīng)關(guān)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(nèi)阻和荷電狀態(tài)SOC之間一定的線性關(guān)系，通過測出電池的電壓、電流參數(shù)計算出電池的內(nèi)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(shù)是密切相關(guān)的。通過設(shè)置一個相關(guān)表，輸入電壓、電流、溫度等參數(shù)就可以查詢得到電池的剩余容量值。

在本設(shè)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42V降到32V時放出的總的電量。

(2)用η表示電流i經(jīng)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(nèi)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(shè)定合適的采樣時間Δt，測定當(dāng)前的電流值，然后計算乘積，得到Δt時間內(nèi)剩余容量CRM的變化量，從而不斷更新CRM的值，即可實現(xiàn)SOC電量的檢測。

3試驗結(jié)果

通過電池管理系統(tǒng)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8A，當(dāng)電池組電壓降至32V時，放電MOS管關(guān)斷。圖4(b)為充電的測試圖。充電結(jié)束4小時后，均衡完成。

本文的電池管理系統(tǒng)以M68HC08GZ16為核心，實現(xiàn)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50mV。整體系統(tǒng)運行性能良好，能夠滿足電動車動力電池組應(yīng)用需要。