磷酸鐵鋰電池監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)BMS測(cè)試平臺(tái)的應(yīng)用研究

一．概述：
隨著使用燃油的飛機(jī)汽車(chē)越來(lái)越多，為了適應(yīng)工業(yè)化快速發(fā)展的步伐，熱電廠建設(shè)也越來(lái)越多，溫室氣體排放越來(lái)越嚴(yán)重，北（南）極冰川加速融化，地球平均溫度在逐年上升，逐步構(gòu)成了對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重威脅，控制二氧化碳排放已擺在人類(lèi)生存發(fā)展的急需解決的問(wèn)題。尋找可替代能源已成為人類(lèi)發(fā)展的奮斗方向。目前最為可行的方法就是使用電池這種零排放的清潔能源。近年來(lái)，大容量無(wú)二次污染的電池相繼問(wèn)世，性能價(jià)格比也越來(lái)越高，為汽車(chē)等廣泛使用動(dòng)力電池成為了可能。目前已有多家汽車(chē)工廠開(kāi)始實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)了電池動(dòng)力（或電池燃油混合動(dòng)力）的汽車(chē)，從使用的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都取得了可喜的成績(jī)。為人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展找到了一條前景樂(lè)觀的發(fā)展道路。
磷酸鐵鋰是一種新型電池，它具有大容量，壽命長(zhǎng)（比鉛酸電池長(zhǎng)3-4倍），可循環(huán)充放電2000次以上，充電速度快，在1.5C充電速率條件下，40分鐘即可充飽，可提供大的啟動(dòng)電流。耐高溫，電熱峰值可達(dá)350℃—500℃。體積小重量輕，與同等容量的鉛酸電池相比，重量減輕1/3強(qiáng)。無(wú)污染，清潔環(huán)保。更重要的屬性是：磷酸鐵鋰電池經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全測(cè)試，即使在最?lèi)毫拥慕煌ㄊ鹿手幸膊粫?huì)產(chǎn)生爆炸，磷酸鐵鋰完全解決了象鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問(wèn)題，鈷酸鋰和錳酸鋰在強(qiáng)烈的碰撞下會(huì)產(chǎn)生爆炸，對(duì)消費(fèi)者的健康和安全構(gòu)成威脅。所以磷酸鐵鋰是作為汽車(chē)動(dòng)力電池最合適的選擇。

上圖為控制電路功能框圖。
單節(jié)磷酸鐵鋰電池電壓約為2.5-3.3V，那么動(dòng)力電壓需要多節(jié)電池串并聯(lián)組合才能提供足夠高的電壓和大電流，一般公交車(chē)動(dòng)力電池約需要340V左右的電壓，即需要100多節(jié)電池進(jìn)行串聯(lián)。如此多的電池，我們需要對(duì)每一單節(jié)電池的電壓和溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，時(shí)刻了解電池的屬性，這就需要一個(gè)電池管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
我公司的汽車(chē)動(dòng)力電池多節(jié)（組）監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)BMS就針對(duì)多節(jié)磷酸鐵鋰電池的在線監(jiān)測(cè)而開(kāi)發(fā)，這套系統(tǒng)可對(duì)最多12組（每組可檢測(cè)12個(gè)單節(jié)電池），即最多144個(gè)單節(jié)電池電壓和溫度實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)在一個(gè)7吋觸摸顯示終端上顯示.1-2秒即可對(duì)被測(cè)量的全部單節(jié)電池?cái)?shù)據(jù)刷新一次。對(duì)電池的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。同時(shí)可測(cè)量電池的充放電流。可顯示總電壓?？蓵r(shí)刻監(jiān)測(cè)多組電池的工作溫度。并會(huì)對(duì)電池電壓過(guò)低過(guò)過(guò)高，溫度值的超溫實(shí)行提示報(bào)警功能。
下圖為汽車(chē)動(dòng)力電池多節(jié)（組）監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)BMS測(cè)試平臺(tái)，注意，此時(shí)測(cè)量的是一組全新未經(jīng)過(guò)充電的電池組，所以電池電壓均在未充電狀態(tài)的電壓值。前面的4節(jié)電池組根據(jù)客戶要求并未安裝溫度傳感器，所以溫度指均為0.

下圖為單組電池電壓溫度采集板（LECU）外觀圖

下圖為單組電池電壓溫度采集板（LECU）外觀圖

下圖為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（BMS）外觀圖

每組采集板只能采集12個(gè)單節(jié)電池的電壓，如果需要對(duì)多于12節(jié)單節(jié)電池的監(jiān)測(cè)，須采用多個(gè)電路采集板，例如9組電池可采集9x12=108節(jié)（組，為了提高輸出電流，可允許多個(gè)單節(jié)電池并聯(lián)）單節(jié)電池，而數(shù)據(jù)處理板可對(duì)12組以下（含12組）電池采集板的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)可對(duì)電池的充放電電流進(jìn)行取樣和測(cè)量，并一同將所有電池?cái)?shù)據(jù)傳輸給控制顯示終端。
考慮到不同車(chē)型的啟動(dòng)電池的電壓差異，例如小型轎車(chē)的電池是12V，而大型公交車(chē)的電池電壓是24V，我們的管理系統(tǒng)使用的汽車(chē)的啟動(dòng)電池電源。系統(tǒng)電源需要一個(gè)DC-DC開(kāi)關(guān)電源變換器，允許電池電壓在9V-30V之間的范圍變化，整個(gè)系統(tǒng)的耗電量極低，在9組采集板和一個(gè)數(shù)據(jù)處理板，使用24V電壓時(shí)，工作電流僅為45mA.12V電壓下，電流也僅為98mA.
下圖為電池管理系統(tǒng)觸摸顯示終端界面