锂离子电池组监控系统研究与实现 — 锂电池组管理系统测试及结论

本系统的电路板已经设计成功并投入实际测试，系统电路板如图7.1所示。



对锂电池组管理系统的测试主要包括电压采集、温度采集、电流检测、过充和过放电保护功能、短路保护功能、温度保护功能等内容。

7.1电压采集功能测试

测试电压采集功能时，首先按图7.2所示方法连接系统。



将锂电池组、保护器和上位机连接好后，用4位半高精度万用表对所有单体锂电池的电压（用电池组模拟器产生）进行测量，并观察上位机应用程序显示的数据，进行比较和记录。

对每一节锂电池的电压测量需要进行3组，分别测量锂电池在低电压（约2.4V）、中间电压（约3.2V）、高电压（约3.8V）三种情况下的测量值与扫描值，比较二者误差。

测量数据如表7.1所示。



经实际测量后，16路的电压检测的大部分测量值与扫描值的误差在10mV以内，达到了较高的设计指标。

在某节电池电压不变时，改变其前级电压，在个别节中会发生扫描值的小幅波动，经理论分析其原因是由于分压电阻网络阻值不一致所引起的，但仍能保持在正常误差范围之内。

7.2电流检测

电流检测功能测试按图7.3所示连接。在电池组、保护器与负载构成的工作回路中，利用电流钳来测试实际工作电流，同时将保护器检测到的电流值上传到上位机应用程序显示。



由于条件所限，这里仅检测了10A以下范围的放电电流，共测试3组，具体数据见表7.2.

由于系统实际电流测试范围设计为为80A以内，因此电流检测精度并不高，实测结果显示可以控制在100mA左右，可以满足实际应用需求。

7.3温度检测

保护器共有4路温度检测通道，对温度检测功能测试的方法是，将4路温度检测电路的热敏电阻和万用表的温度检测探头同时置入80℃的热水中，观察记录保护器传递给上位机应用程序显示的温度值与万用表测得的温度值。

测试结果表明检测电路的温度值与万用表的测量值有2℃内的误差，基本满足设计要求，但温度检测电路的响应速度较万用表测量的温度慢，主要原因在于热敏电阻本身响应速度较慢，因此在对温度保护要求较高的应用中，可考虑其它测温技术。

7.4过充、过放保护功能测试

测试该功能时，按照图7.4所示连接系统。



测试时，通过调整电池模拟器中某节电池的电压，分别使之低于设定的锂电池最低放电电压和高于最高充电电压，观察保护器中的充放电状态指示灯，测量充放电控制MOS管的管压降，观察上位机显示的保护板工作状态来判读是否实现了相应的保护功能。

系统实际设定的最低放电电压为2.5V，最高充电电压是4.2V，实际测试结果表明保护器分别在模拟器电压达到2.510V和4.195V时，可以立即关断放电或充电回路，实现了基本的过充和过放电保护功能。

7.5过流和短路保护测试

过流保护主要是由单片机依据电流采集所获得的采样值和设置的电流保护阈值进行比较，来决定是否关断充电或放电回路。测试电路结构图如图7.5所示。



当检测到电流大于设定保护值时，由单片机输出控制信号切断MOSFET开关。

短路保护功能仍然利用电流采集电路获得的电压值和门限电压进行比较，短路时比较电路输出脉冲作为单片机的中断输入，在中断程序中切断回路，实时地进行短路保护。

7.6温度保护

温度保护功能是在环境温度低于或超过一定值时，使系统进入保护状态，主要通过比较检测温度和系统设置的最高温度、最低温度来进行充放电保护。

通过实际测试，保护器实现了高低温保护功能。

7.7结论

经过测试，该系统基本满足设计要求，达到了预期的目的。尽管如此，但是由于设计经验的匮乏和时间的限制，系统还有进一步完善和改进的空间：

⑴电池组在均衡的过程中，由于采用的是能量损耗法，所以保护器上的温度会较高。这需要我们研究用简单可靠的非损耗型均衡法来实现电池组的均衡。

⑵电路板在设计时尺寸较大，不利于在电动车的锂电池组附近安装。目前，准备把系统分成3部分制板，这样可以大大减小电路板的面积。

⑶电流检测的精度虽然可以满足本系统的需要，但是精度不高。后期需要我们研究新的电流采集电路提高电流检测的精度。