汽车磷酸铁锂动力电池监测管理系统BMS的实现

一.概述：

人们对一次能源又进一步加以分类。凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为再生能源，反之称为非再生能源。风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源;煤、石油和天然气等是非再生能源。地热能基本上是非再生能源，但从地球内部巨大的蕴藏量来看，又具有再生的性质。核能的新发展将使核燃料循环而具有增殖的性质。核聚变的能比核裂变的能可高出 5~10倍，核聚变最合适的燃料重氢(氘)又大量地存在于海水中，可谓取之不尽，用之不竭.核能是未来能源系统的支柱之一。随着全球各国经济发展对能源需求的日益增加，现在许多发达国家都更加重视对可再生能源、环保能源以及新型能源的开发与研究;同时我们也相信随着人类科学技术的不断进步，专家们会不断开发研究出更多新能源来替代现有能源，以满足全球经济发展与人类生存对能源的高度需求，而且我们能够预计地球上还有很多尚未被人类发现的新能源正等待我们去探寻与研究。

磷酸铁锂是一种新型电池，它具有大容量，寿命长(比铅酸电池长3-4倍)，可循环充放电2000次以上，充电速度快，在1.5C充电速率条件下，40分钟即可充饱，可提供大的启动电流。耐高温，电热峰值可达350℃-500℃。体积小重量轻，与同等容量的铅酸电池相比，重量减轻1/3强。无污染，清洁环保。更重要的属性是：磷酸铁锂电池经过严格的安全测试，即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸，磷酸铁锂完全解决了象钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸，对消费者的健康和安全构成威胁。所以磷酸铁锂是作为汽车动力电池最合适的选择。

上图为控制电路功能框图。

单节磷酸铁锂电池电压约为2.5-3.3V,那么动力电压需要多节电池串并联组合才能提供足够高的电压和大电流，一般公交车动力电池约需要340V左右的电压，即需要100多节电池进行串联。如此多的电池，我们需要对每一单节电池的电压和温度进行监测，时刻了解电池的属性，这就需要一个电池管理系统来实现。

电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)电池管理系统(BMS)是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池。 二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。 电池管理系统(BMS)主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。随着电池管理系统的发展，也会增添其它的功能。

我公司的汽车动力电池多节(组)监测管理系统BMS就针对多节磷酸铁锂电池的在线监测而开发，这套系统可对最多12组(每组可检测12个单节电池)，即最多144个单节电池电压和温度实时在线检测，并将测量数据在一个7寸触摸显示终端上显示。1-2秒即可对被测量的全部单节电池数据刷新一次。对电池的状态进行实时跟踪。同时可测量电池的充放电流。可显示总电压。可时刻监测多组电池的工作温度。并会对电池电压过低过过高，温度值的超温实行提示报警功能。

下图为汽车动力电池多节(组)监测管理系统BMS测试平台，注意，此时测量的是一组全新未经过充电的电池组，所以电池电压均在未充电状态的电压值。前面的4节电池组根据客户要求并未安装温度传感器，所以温度指均为0.

下图为单组电池电压温度采集板(LECU)外观图

下图为单组电池电压温度采集板(LECU)外观图

下图为数据处理系统(BMS)外观图

每组采集板只能采集12个单节电池的电压，如果需要对多于12节单节电池的监测，须采用多个电路采集板，例如9组电池可采集9x12=108节(组，为了提高输出电流，可允许多个单节电池并联)单节电池，而数据处理板可对12组以下(含12组)电池采集板的数据进行处理，同时可对电池的充放电电流进行取样和测量，并一同将所有电池数据传输给控制显示终端。

考虑到不同车型的启动电池的电压差异，例如小型轿车的电池是12V,而大型公交车的电池电压是24V,我们的管理系统使用的汽车的启动电池电源。系统电源需要一个DC-DC开关电源变换器，允许电池电压在9V-30V之间的范围变化，整个系统的耗电量极低，在9组采集板和一个数据处理板，使用24V电压时，工作电流仅为45mA.12V电压下，电流也仅为98mA.

下图为电池管理系统触摸显示终端界面