【干货】一种新型锂电池管理系统的设计与实现

林契于宸
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随着社会的发展,锂电池在生产生活的各个领域应用非常广泛,电池的应用与管理变成了各种设备发展中一种非常关键的技术。本文通过对锂电池技术的研究,设计了一种新型的关于锂电池的管理系统,并介绍了实现方法。该锂电池管理系统的设计,实施了分布式的结构设计,内容包含有电量估计,电池充电与放电,单个电池间的均衡等功能本地测量模块,具体分析了实现各个模块的硬件设计。

本世纪初以来,锂电池生产与研究获得了非常大的突破,因其拥有的诸多良好优点,如放电电压稳定,自放电率低,工作温度范围宽,无记忆效应,储存寿命长,重量轻,体积小等特点,已经慢慢地代替了传统的镍镉蓄电池及铅酸蓄电池,在社会生产和生活的应用领域越来越宽,变成了目前主流的动力电池。因为在锂电池内部,其化学反应非常复杂,在人们不断完善电池自身性能的同时,也在对电池的管理技术及使用进行不断的研究,以增加电池使用寿命,提高电池效率,最大地发挥电池性能。

电池管理系统(Battery Management System,BMS),它涉及微电脑技术及检测等技术,实施动态地监控电池单元及电池组的运行状态,能够准确地计算电池的剩余电量,对电池实施充放电保护,促使其处在最佳工作状态,降低运行成本,提高使用寿命。本文综合了国内外的一些先进成果,设计并实现了一种新的锂电池管理系统。本管理系统结构采用模块化、分布式的设计,系统包含2级的控制结构,即本地测量模块与中央处理模块。其中,中央处理模块主要的功能为利用RS232接口和上位机实施通信,以CAN总线网络形式进行和本地测量模块连通;本地测量模块主要的功能为数据采集(主要为温度、电流及电压的数据采集),充放电控制,电量测量,单个电池均衡及利用CAN总线技术与中央处理模块通信等。

1管理系统硬件设计方案

本文设计的电池管理系统,主要是应用在电动车及一些水下设备,因此系统设计上要结构合理,技术先进,可扩展性强;系统的各种参数技术准确度要高。因此,本电池管理系统的设计,要实现以下各种功能:

1)实时采集电池信息,包含电池组总电压,单个电池电压,充放电电流及温度等参数;

2)测量和显示剩余电量;

3)能够提供数据传输接口,完成和CAN总线部分及上位机的通信;

4)人机交互功能好,系统安全、可靠,具有较强的抗干扰性。

电池管理系统框图如图1所示。

在图1中能够看出,本锂电池管理系统包含2级的控制结构,分别是中央处理模块(Central Electric Control Unit,CECU)、本地测量模块(Local Electric Control Unit,LECU),中央处理模块和本地测量模块是以CAN总线的形式实现通信连接。本电池管理系统结构如图2所示。在图2中,本地测量模块的主要功能是进行对电池组的充电,组成模块有:数据采集模块(为要为电流,电压,温度等的数据采集),均衡模块,充电模块,电量测量模块等;中央处理模块主要是进行本地测量模块的管理,利用CAN总线通信方式,进行控制信息的发送和电池状态信息的接收。本文仅对其中几个关键的模块进行介绍。

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