鉅大LARGE | 點擊量：1056次 | 2019年05月24日
一種新式的鋰離子電池辦理體系
跟著社會的發展，鋰電池在出產日子的各個領域應用十分廣泛，電池的應用與辦理變成了各種設備發展中一種十分關鍵的技能。本文經過對鋰電池技能的研究，規劃了一種新式的關于鋰電池的辦理體系，并介紹了完成辦法。該鋰電池辦理體系的規劃，施行了分布式的結構規劃，內容包括有電量估量，電池充電與放電，單個電池間的均衡等功能本地丈量模塊，具體分析了完成各個模塊的硬件規劃。
本世紀初以來，鋰電池出產與研究取得了十分大的打破，因其具有的諸多杰出長處，如放電電壓穩定，自放電率低，作業溫度規模寬，無回憶效應，貯存壽命長，重量輕，體積小等特點，已經慢慢地代替了傳統的鎳鎘蓄電池及鉛酸蓄電池，在社會出產和日子的應用領域越來越寬，變成了目前主流的動力電池。由于在鋰電池內部，其化學反應十分復雜，在人們不斷完善電池本身性能的一起，也在對電池的辦理技能及運用進行不斷的研究，以添加電池運用壽命，進步電池效率，最大地發揮電池性能。
電池辦理體系（BatteryManagementSystem，BMS），它涉及微電腦技能及檢測等技能，施行動態地監控電池單元及電池組的運轉狀況，能夠準確地核算電池的剩下電量，對電池施行充放電維護，促使其處在最佳作業狀況，下降運轉本錢，進步運用壽命。本文綜合了國內外的一些先進效果，規劃并完成了一種新的鋰電池辦理體系。本辦理體系結構選用模塊化、分布式的規劃，體系包括2級的操控結構，即本地丈量模塊與中央處理模塊。其間，中央處理模塊主要的功能為運用RS232接口和上位機施行通訊，以CAN總線網絡方法進行和本地丈量模塊連通；本地丈量模塊主要的功能為數據收集（主要為溫度、電流及電壓的數據收集），充放電操控，電量丈量，單個電池均衡及運用CAN總線技能與中央處理模塊通訊等。
一、辦理體系硬件規劃計劃
本文規劃的電池辦理體系，主要是應用在電動車及一些水下設備，因此體系規劃上要結構合理，技能先進，可擴展性強；體系的各種參數技能準確度要高。因此，本電池辦理體系的規劃，要完成以下各種功能：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1）實時收集電池信息，包括電池組總電壓，單個電池電壓，充放電電流及溫度等參數；
2）丈量和顯示剩下電量；
3）能夠提供數據傳輸接口，完成和CAN總線部分及上位機的通訊；
4）人機交互功能好，體系安全、牢靠，具有較強的抗干擾性。
在圖1中能夠看出，本鋰電池辦理體系包括2級的操控結構，分別是中央處理模塊(CentralElectricControlUnit，CECU)、本地丈量模塊(LocalElectricControlUnit，LECU)，中央處理模塊和本地丈量模塊是以CAN總線的方法完成通訊銜接。本電池辦理體系結構如圖2所示。在圖2中，本地丈量模塊的主要功能是進行對電池組的充電，組成模塊有：數據收集模塊（為要為電流，電壓，溫度等的數據收集），均衡模塊，充電模塊，電量丈量模塊等；中央處理模塊主要是進行本地丈量模塊的辦理，運用CAN總線通訊方法，進行操控信息的發送和電池狀況信息的接納。本文僅對其間幾個關鍵的模塊進行介紹。
二、本地丈量模塊硬件規劃
2.1、電壓收集模塊
單電池端電壓，其為施行電池剩下電量核算，充放電方法選擇，以及運轉狀況評估的一個主要依據，所以對電池組進行監控的前提條件，便是要有一個合理的單電池端電壓丈量辦法。但是由于電池組中電池數目多，總的電壓比較高，丈量的精度要求高，因而施行電源丈量的難度比較大。電壓監測計劃的作業原理是：第一步，MCU操控的多路開關Kn-1、Kn-2（n為數1至7之間），同步把電容與與之對應的單元電池兩端施行對接，開端電容充電，到達電容電壓與單元電池電壓相同的意圖；第二步，將MCU操控多路開關Kn-1、Kn-2進行斷開，并把開關K1及K2合上，接到單片機的A/D模塊施行丈量。在丈量的時分，根據防止因電池端電壓不穩定形成影響結果的考慮，模塊選用選取屢次丈量平均值的辦法。該計劃能夠很方便地運用微處理器內部A/D單元，不要額定添加A/D模塊，進步了規劃的效率，節省了本錢。通常在實際的電路中，能夠運用繼電器來完成模仿開關。
2.2、電流收集模塊
關于充放電進程中動態電流的丈量，本文經過運用LEM公司LTSR25-NP電流傳感器來完成。此元件是根據霍爾效應的帶補償的閉環多量程電流傳感器，經過單極性電壓的方法進行供電，具有杰出的丈量精度，沒有插入損耗，線性度出色，電流過載能力比較好。在攝氏25度以下，其丈量精度能夠到達±0.2%。其額定電流是25安，最大的可測電流是80安，能夠很好地完成體系規劃要求。此電流傳感器能夠將充放電電流變換成0到5伏的電壓信號，然后接入到單片機的A/D單元，能夠測得充放電電流。
2.3、溫度收集模塊
溫度收集模塊，是經過美國Dallas半導體公司的DS620可編程智能數字溫度傳感器完成的。其芯片里含有寄存器、A/D轉換器以及接口電路，能夠直接把數字信號輸出。其和單片機的接口電路比較簡單，傳輸距離長，操控功能好，對外界的抗干擾能力強，尤其適用于低功耗的微型溫度丈量體系。該DS620數字溫度傳感器，能夠提供1.7至3.5伏的低電壓溫度丈量，在0到70攝氏度的環境中，丈量精度可到達±0.5攝氏度，傳感器能夠作業的規模為零下55到零上125攝氏度之間。能夠應用在分布式的傳感體系中，進行多點的銜接，一條總線能夠一起銜接8個DS620一起作業。本文經過SPCE061A的IOA2及IOA3接口，模仿I2C總線，進行和DS620的通訊。
2.4、均衡模塊
施行對串聯銜接的蓄電池組充電時，由于電池組里的各單元化學特性的差異，假如一些單元電池充滿電，但另一些單元電池卻還沒有充電完畢，這就會發生被充滿電的電池單元產生過充電現象，這就會對蓄電池影響很大。與此相反，假如那些蓄電池不能長時間足夠電，及會添加內阻，下降蓄電池的容量，導致蓄電池的簡單損壞。解決蓄電池在充電進程中的一些充電不足及過充問題的一個最有用的辦法，便是施行對電池均衡充電，讓一切的電池均能夠到達均衡一致狀況。本電池辦理體系所選用的均衡計劃，即選用雙向可逆DC/DC動態均衡辦法的原理，經過DC/DC開關電源，在充放電進程中依據檢測到的各單體電池的電壓值，進行對需充電的單節電池動態均衡充電，用電池組的電量對該節電池施行額定的均衡充電。DC/DC開關電源運用的是新星的DOM-24D15S5芯片，其輸入電壓是18至36伏之間，輸出電壓為4.6至5.5伏之間。
2.5、充電模塊
當前，大部分的充電曲線為恒壓與恒流充電曲線的組合。鋰電池在充電后期，根據確保電池安全的考慮，電池充電需要選用恒壓充電的方法。一般充電的辦法把蓄電池的充電進程分紅3個部分，即：預充、恒流及恒壓，其原理和操控進程比較簡單，在充電的初期階段，充電速度較快，充電效率較高。但是，這種充電的方法引起的熱量十分大。為了解決這個問題，本文經過把預充及恒壓充電變成間歇充電的方法，恒流充電的方法借助于充電電源適配器的限流操控。間歇式充電的時序圖如圖3所示。
當鋰離子電池組進行充電時，假如該電池組安裝有電池辦理體系，則必須要外接一個能和其匹配的恒壓限流型的電源適配器。核算恒壓值U表達式是：U=4.2*N+損耗電壓；在上式中，N表明電池的節數，而損耗電壓是經過實驗取得。在本體系中，選用的鋰電池是深圳雷天公司的TS-LCP50AHA型，該型電池的限流值Ic是0至0.5C之間，C表明電池容量。在核算時，取TS-LCP50AHA型電池的最佳充電電流0.3C。對電池進行充電之前，一定要先施行體系的初始化，接著在以預充、恒流充電及恒壓充電這3個步驟進行電池的充電。
三、結束語
綜上所述，本文規劃并完成了一種新式的鋰離子電池辦理體系，具體介紹了體系的硬件規劃計劃及各個功能模塊的具體規劃。在試驗進程中，本體系運轉比較正常，各項技能指標，如單電池電壓丈量，總電流，總電壓，溫度丈量等方面都符合要求，體系具有較好的牢靠性和實用性。
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