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汽车磷酸铁锂动力电池监测管理系统BMS

发布时间:2019-01-17

随着使用燃油的飞机汽车越来越多,为了适应工业化快速发展的步伐,热电厂建设也越来越多,温室气体排放越来越严重,北(南)极冰川加速融化,地球平均温度在逐年上升,逐步构成了对地球生态系统的严重威胁,控制二氧化碳排放已摆在人类生存发展的急需解决的问题.寻找可替代能源已成为人类发展的奋斗方向.目前最为可行的方法就是使用电池这种零排放的清洁能源.近年来,大容量无二次污染的电池相继问世,性能价格比也越来越高,为汽车等广泛使用动力电池成为了可能.目前已有多家汽车工厂开始实验生产了电池动力(或电池燃油混合动力)的汽车,从使用的经济效益和社会效益都取得了可喜的成绩.为人类的可持续发展找到了一条前景乐观的发展道路.

一.概述:

    随着使用燃油的飞机汽车越来越多,为了适应工业化快速发展的步伐,热电厂建设也越来越多,温室气体排放越来越严重,北(南)极冰川加速融化,地球平均温度在逐年上升,逐步构成了对地球生态系统的严重威胁,控制二氧化碳排放已摆在人类生存发展的急需解决的问题.寻找可替代能源已成为人类发展的奋斗方向.目前最为可行的方法就是使用电池这种零排放的清洁能源.近年来,大容量无二次污染的电池相继问世,性能价格比也越来越高,为汽车等广泛使用动力电池成为了可能.目前已有多家汽车工厂开始实验生产了电池动力(或电池燃油混合动力)的汽车,从使用的经济效益和社会效益都取得了可喜的成绩.为人类的可持续发展找到了一条前景乐观的发展道路.

    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.

    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吋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BSMS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.