磷酸鐵鋰電池監測管理系統BMS測試平臺的應用研究

一．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，熱電廠建設也越來越多，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。目前最為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，即使在最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。所以磷酸鐵鋰是作為汽車動力電池最合適的選擇。

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，這套系統可對最多12組（每組可檢測12個單節電池），即最多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?？娠@示總電壓?？蓵r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。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（BMS）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9V-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.

下圖為電池管理系統觸摸顯示終端界面

責任編輯：gt