磷酸鐵鋰動力電池管理系統BMS實驗臺

瀏覽：發布日期：2019-12-18

一．動力電池管理系統BMS實驗臺概述：
    隨著使用燃油的飛機汽車越來越多,為了適應工業化快速發展的步伐,需要的電力供給越來越大,大部分電力資源目前仍依靠熱電廠一共,溫室氣體排放越來越嚴重,北(南)極冰川加速融化,地球平均溫度在逐年上升,逐步構成了對地球生態系統的嚴重威脅,控制二氧化碳排放已擺在人類生存發展的急需解決的問題.尋找可替代能源已成為人類發展的奮斗方向.目前可行的方法就是使用電池這種零排放的清潔能源.近年來,大容量無二次污染的電池相繼問世,性能價格比也越來越高,為汽車等廣泛使用動力電池成為了可能.目前已有多家汽車工廠開始實驗生產了電池動力(或電池燃油混合動力)的汽車,從使用的經濟效益和社會效益都取得了可喜的成績.為人類的可持續發展找到了一條前景樂觀的發展道路.
    磷酸鐵鋰是一種新型電池,它具有大容量,壽命長(比鉛酸電池長3-4倍),可循環充放電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,可提供大的啟動電流.耐高溫,電熱峰值可達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.無污染,清潔環保.更重要的屬性是:磷酸鐵鋰電池經過嚴格的安全測試,即使在惡劣的交通事故中也不會產生爆炸,磷酸鐵鋰完全解決了象鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，鈷酸鋰和錳酸鋰在強烈的碰撞下會產生爆炸,對消費者的健康和安全構成威脅.所以磷酸鐵鋰是目前作為汽車動力電池比較合適的選擇.
     我公司新近開發的動力電池管理系統與早期的管理系統有較大差異,放棄了觸摸屏顯示器,取而代之是體積更小,更輕薄的LCD顯示器,因為觸摸屏,體積大,重量重,成本高,而司乘人員幾乎不會使用觸摸屏去選擇查看電池的屬性,僅需要對電池的總體屬性有所了解即足夠了,在遇到電池故障時,能提供報警功能即可.分析每個單體電池的的屬性,那是工程技術人員的工作,所以我們的新版本管理系統,采用了輕薄的LCD顯示器,同樣可以了解電池的總電流,總電壓,每個單體電池的電壓和溫度,操作人員可手動選擇查看各單體電池的屬性,也可自動循環顯示各單體電池的狀態.
    為更方便對電池組進行分析,也可以通過RS-232與電腦連接,在電腦集成系統中方便直觀地查看各單體電池的屬性,便于故障查找和新產品的測試與檢驗.
    同時,新型的動力電池管理系統放棄了前個版本,采集板均通過并聯方式與主板進行數據通信,而全部采用逐級串聯的方式進行連接,這樣的好處在世,方便電池組安裝隔離系統的采集板組件,其間采用的連接電纜大為減少,電池組與主板間的連線僅需一條5芯屏蔽電纜,非常便于安裝,檢修和維護.
    所有的采集板硬件均一致，不需要區分LECU1,LECU2...LECUN(可以任意選擇需要的電池組數,每組可接12只單體電池)，任插一個位置均可，通電后系統將自動對它們的身份進行識別和登記，自行給它們分配采集板號碼。
    新型管理系統可對每個單體電池的溫度進行測量,時刻了解到各個單體電池的溫升情況.

上圖為控制電路功能框圖。

單節磷酸鐵鋰電池電壓約為2.5-3.3V,那么動力電壓需要多節電池串并聯組合才能提供足夠高的電壓和大電流,一般公交車動力電池約需要340V左右的電壓,即需要100多節電池進行串聯.如此多的電池,我們需要對每一單節電池的電壓和溫度進行監測,時刻了解電池的屬性,這就需要一個電池管理系統來實現.
我公司的汽車動力電池多節(組)監測管理系統BMS就針對多節磷酸鐵鋰電池的在線監測而開發,這套系統可對12組(每組可檢測12個單節電池),即144個單節電池電壓和溫度實時在線檢測,并將測量數據在一個7吋觸摸顯示終端上顯示.1-2秒即可對被測量的全部單節電池數據刷新一次.對電池的狀態進行實時跟蹤.同時可測量電池的充放電流.可顯示總電壓.可時刻監測多組電池的工作溫度.并會對電池電壓過低過過高,溫度值的超溫實行提示報警功能.
下圖為汽車動力電池多節(組)監測管理系統BMS測試平臺,注意,此時測量的是一組全新未經過充電的電池組,所以電池電壓均在未充電狀態的電壓值.并且可直觀顯示每個電池的溫.

下圖為動力電池管理系統LCD顯示器外觀圖.

下圖為控制主板外觀圖.

下圖為數據采集板外觀圖.

    每組采集板只能采集12個單節電池的電壓,如果需要對多于12節單節電池的監測,須采用多個電路采集板,例如9組電池可采集9x12=108節(組,為了提高輸出電流,可允許多個單節電池并聯)單節電池,而數據處理板可對12組以下(含12組)電池采集板的數據進行處理,同時可對電池的充放電電流進行取樣和測量,并一同將所有電池數據傳輸給控制顯示終端.
    考慮到不同車型的啟動電池的電壓差異,例如小型轎車的電池是12V,而大型公交車的電池電壓是24V,我們的管理系統使用的汽車的啟動電池電源.系統電源需要一個DC-DC開關電源變換器,允許電池電壓在12V-30V之間的范圍變化,整個系統的耗電量極低,在9組采集板和一個數據處理板,使用24V電壓時,工作電流僅為45mA.12V電壓下,電流也僅為98mA.

上圖為控制電路功能框圖。
    單節磷酸鐵鋰電池電壓約為2.5-3.3V,那么動力電壓需要多節電池串并聯組合才能提供足夠高的電壓和大電流,一般公交車動力電池約需要340V左右的電壓,即需要100多節電池進行串聯.如此多的電池,我們需要對每一單節電池的電壓和溫度進行監測,時刻了解電池的屬性,這就需要一個電池管理系統來實現.
    我公司的汽車動力電池多節(組)監測管理系統BMS就針對多節磷酸鐵鋰電池的在線監測而開發,這套系統可對12組(每組可檢測12個單節電池),即144個單節電池電壓和溫度實時在線檢測,并將測量數據在一個7吋觸摸顯示終端上顯示.1-2秒即可對被測量的全部單節電池數據刷新一次.對電池的狀態進行實時跟蹤.同時可測量電池的充放電流.可顯示總電壓.可時刻監測多組電池的工作溫度.并會對電池電壓過低過過高,溫度值的超溫實行提示報警功能.
    下圖為汽車動力電池多節(組)監測管理系統BSMS測試平臺,注意,此時測量的是一組全新未經過充電的電池組,所以電池電壓均在未充電狀態的電壓值.前面的4節電池組根據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.

下圖為數據處理系統(BSMS)外觀圖.