锂离子电池管理系统及其均衡模块的设计与研究概要VIP专享VIP免费

2009年(第31卷第5期汽车工程AutomotiveEngineering2009(Vol.31No.52009092锂离子电池管理系统及其均衡模块的设计与研究33国家863计划电动汽车重大专项项目(2006AA11A122资助。原稿收到日期为2008年10月13日,修改稿收到日期为2009年3月3日。何仕品,朱建新(上海交通大学汽车电子技术研究所,上海200240[摘要]针对混合动力汽车单体电池性能的不一致性造成的不利影响,设计了电池管理系统及其均衡模块。该系统采用单片机,对电池组参数进行实时精确采集并分析处理,再通过控制电路实现电池组的均衡充放电。试验结果表明,该系统不仅可使电池进行均衡充放电,而且能对电池的不一致性进行有效补偿,使各个电池都发挥出最优性能。关键词:混合动力汽车;动力电池;电池管理系统;均衡模块DesignandStudyofBatteryManagementSystemandItsEqualizationModuleforLi2ionBatteriesHeShipin&ZhuJianxinInstituteofAutomotiveElectronicTechnology,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240[Abstract]Inviewoftheadverseeffectscausedbytheperformanceinconsistencybetweenindividualbatterycellsinhybridelectricvehicles,abatterymanagementsystemwithitsequalizationmodulearedesigned.Thesys2tem,basedonasingle2chipmicrocomputer,real2timeandaccuratelyacquires,analyzesandprocessestheparame2tersofbatterypack,andthentheequalizedcharginganddischargingofbatterypackarerealizedthroughcontrolcir2cuit.Thetestresultsshowthatthesystemnotonlycanassuretheequalizedcharginganddischargingofbatterypack,butcanalsoeffectivelycompensatetheperformanceinconsistencyofbatterypack,makingallbatterycellsbringtheirperformanceintofullplay.Keywords:hybridelectricvehicle;powerbattery;batterymanagementsystem;equalizationmodule前言动力电池组是混合动力汽车的辅助能量源和关键部件,其状态好坏和寿命长短很大程度上决定了整车性能的优劣,因此对整个电池组实施有效的管理和监测显得至关重要。混合动力汽车的动力电池一般由多节单体电池串联而成。但是由于制造误差的存在,电池之间必然存在内阻、端电压、容量等参数的差异,而使用过程中电池之间的通风散热差异及电池的过充电、过放电更加剧了电池之间的不一致性[1]。因此,研究一种有效的均衡充放电方法,以弥补电池在使用过程中性能的不一致性,最大限度地发挥动力电池的效用,对于混合动力汽车的推广应用具有极其重要的意义。1系统设计磷酸铁锂(LiFePO4电池因具有高比能量、高比功率、高安全性、长寿命、高性价比以及很宽的工作温度范围等优点,已成为混合动力汽车的新型动力电源。笔者研究的混合动力电池包由90个12A?h的单体LiFePO4电池组成,共分为6个电池组,每组由15个单体电池组成。研发的电池管理系统2009(Vol.31No.5何仕品,等:锂离子电池管理系统及其均衡模块的设计与研究?445?(BMS的主要功用是:(1精确地监测电池组的各种运行参数,如单体模块电压、电池组总电压、电池温度和电流等;(2通过测出的电池参数预计电池组的SOC值、最大允许充放电电流、放电深度等;(3根据电池当时的状态决定采用适当的充放电均衡策略,确保电池的性能发挥到最大程度。文中重点研究动力电池组的均衡充电、放电,控制并且均衡电池组中的各个单体电池,以弥补电池在使用过程中出现的性能不一致性,使各个电池都发挥出最优性能,最大限度延长整个电池组的寿命。111系统的硬件设计硬件系统的框图结构如图1所示。电池检测均衡模块实现对电池的电压和温度的测量,实时地向单片机传送采集的数据,并对电池的充放电进行实时控制,对均衡模块电路进行过程控制。BMS的主控CPU单元负责总的电压和电流的A/D转换、电池数据的分析、SOC值的估算及均衡充放电控制策略的实现。数据存储单元用来存储所有的信息。通信单元采用多通道的CAN总线通信,分别负责与整车通信、与采样模块以及上位机监视系统通信。图1电池管理系统的硬件结构图11111主控CPU主控CPU选用高性能的FreescaleHCS12系列16位单片机MC9S12DP512。该单片机采用了高速互补金属氧化物半导体HCMOS和利于C语言优化的复杂指令集计算...