锂离子电池组监控系统研究与实现 — 研究目的与意义

⑶电动汽车EV1上的电池管理系统。

该系统是美国通用汽车公司生产的。该系统最大的优点就是电池组的可靠性非常高。

该系统由四部分组成：

电池模块（用于汽车驱动和其它用电系统）；

软件BPM（Battery Pack Module）；

电池组热系统；

电池组高压断电保护装置（High Voltage Disconnect）。

软件BPM主要完成以下工作：

单体电池电压检测、高压保护功能、六路温度采样、电流采样、电池组充电控制、过放保护以及电量估计等。

⑷SmartGuard系统

该系统是由美国Aerovironment公司开发的。系统通过一个分布式的专用IC管理装置来测量电池的电压和温度，在主控部件有信号来时还可起动电流旁路电路。

该系统的主要功能有：

● 过充保护；

● 当放电反向时，发出报警信号；

● 能够记录历史信息；

● 提供最差电池单元的剩余电量信息。

⑸BatOpt系统。

该系统是由美国AC Propulsion公司开发的。在该系统中，每个电池上都装有监控模块，监控模块经过two_wire总线和中心控制单元通信，向主控单元报告电池电压、温度等信息，主控单元接收到上述信息后，发出相应的控制命令，这样就构成了一个分布式系统。

1.2.2系统的国内现状

相对于国外来说，国内的锂离子电池组监控管理系统主要是由高校与一些汽车生产商和电池供应商联合起来共同研发的，高校拥有自己的科技优势，经过多年的努力，研发了许多可靠的电池管理系统并已经投入使用。

⑴EV-6580轻型电动客车配套的电池管理系统。

该系统是由清华大学研发的。该系统可以实时测量和监控电池的充放电电流、电压等参数，同时提供了过充、过放保护，这样就大大提高了电池寿命，同时还开发了与该系统相匹配的充电系统。

⑵同济大学研发的锂离子电池管理系统该系统是同济大学与北京星恒电池有限公司合作研发的。该系统的主要功能有：电压、电流和温度的精确采集，电池电量估计，均衡保护，事故处理与记录等。

⑶北京理工大学研制的电池管理系统该系统是专门为电动汽车上的电池开发的。

该系统采用单片机作为微处理器，具有以下功能：

可以实时检测电池电量、电池组总电压、总电流和各单体电池电压以及电池组温度等各种运行参数；

具有故障诊断和报警功能；

采用分布式网络控制系统结构，系统参数送入PC机，在PC机中进行标定后，再通过CAN总线与其他系统进行通信，实现信息共享。

系统已经投入安装使用，结果表明该系统大大延长了电池组的寿命，提高了电动车的运行效率，当故障产生后能够及时发现进行处理，同时能够精确的估计电池组的剩余电量，提高了电动车的可靠性。

1.2.3锂离子电池保护的常用方案

从前面的介绍中，我们可以看到，在锂离子电池组的使用过程中，锂离子电池易受到过充、过放的影响，大大减少锂离子电池的使用寿命。因此，锂离子电池组的保护电路是非常重要的。

锂离子电池组保护电路首先应当具有对锂离子电池组的过充保护、过放保护、均衡保护功能。另外，其保护电路除了能够完成以上功能，还需具备以下特点：

⑴低功耗电流。
保护电路是在电池工况出现异常的情况下工作，因此保护电路消耗的电流要尽量小，实现降低损耗的目的。

⑵检测精度要高。过充电检测要求电路的精度高，如果检测精度不高，就不能保证电池容量的充分使用。

⑶工作电压低。
保护电路对锂离子电池进行保护时，由于单节锂离子电池的电压较低，当电池放电时，电压就会进一步降低，因此，保护电路应该能在低电压下工作。

针对上述提出的应当完成的功能和具备的特点，在目前来说，常用的锂离子电池管理方法主要有两种：

⑴采用专用芯片的锂电池管理系统。在常见的便携式设备中，通常使用容量较小的锂电池。首先，考虑的便携式设备的需求，通常要求系统的保护电路也尽可能小。其次，考虑到电池容量也相对较小，不需要过度考虑系统的均衡及保护问题。通常使用专用管理芯片并配合外围电路即可实现简单的电池充放电管理及保护功能。

⑵基于监测的锂电池管理系统。在大容量的锂电池应用系统中，专用的锂电池管理芯片已不能满足需要，需要采用采用微控制器来实现系统管理。我们通过信号采集电路采集电池组的各种数据，然后将这些数据送入微控制器进行分析，根据分析结果来判断电池组中各个电池的工作状态好坏，依据系统的硬件和软件设计，对锂电池组进行智能化管理保护，从而实现对锂电池电能的有效利用和延长电池寿命的目的。

本文是针对16节锂离子电池组进行均衡保护设计的，而专用芯片最多只能实现对13节电池的保护，因此，如果采用专用芯片保护，那么至少需要2个专用芯片才能实现，提高了系统的成本。另外，采用专用芯片的话，锂电池组的电池个数将固定，这样系统的灵活性较低。综合多方面的考虑，本文采用基于微控制器锂离子电池监控系统的方案，微控制器选用低功耗的MSP430单片机。