聚合物鋰電池組監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)（管理系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)論）

　　對(duì)聚合物鋰電池組管理系統(tǒng)的測(cè)試主要包括電壓采集、溫度采集、電流檢測(cè)、過(guò)充和過(guò)放電保護(hù)功能、短路保護(hù)功能、溫度保護(hù)功能等內(nèi)容。本系統(tǒng)的電路板已經(jīng)設(shè)計(jì)成功并投入實(shí)際測(cè)試，系統(tǒng)電路板如圖7.1所示。

一、聚合物鋰電池電壓采集功能測(cè)試

　　測(cè)試電壓采集功能時(shí)，首先按圖7.2所示方法連接系統(tǒng)。

　　將鋰電池組、保護(hù)器和上位機(jī)連接好后，用4位半高精度萬(wàn)用表對(duì)所有單體鋰電池的電壓（用電池組模擬器產(chǎn)生）進(jìn)行測(cè)量，并觀察上位機(jī)應(yīng)用程序顯示的數(shù)據(jù)，進(jìn)行比較和記錄。

　　對(duì)每一節(jié)鋰電池的電壓測(cè)量需要進(jìn)行3組，分別測(cè)量鋰電池在低電壓（約2.4V）、中間電壓（約3.2V）、高電壓（約3.8V）三種情況下的測(cè)量值與掃描值，比較二者誤差。

測(cè)量數(shù)據(jù)如表7.1所示。

　　經(jīng)實(shí)際測(cè)量后，16路的電壓檢測(cè)的大部分測(cè)量值與掃描值的誤差在10mV以?xún)?nèi)，達(dá)到了較高的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

　　在某節(jié)電池電壓不變時(shí)，改變其前級(jí)電壓，在個(gè)別節(jié)中會(huì)發(fā)生掃描值的小幅波動(dòng)，經(jīng)理論分析其原因是由于分壓電阻網(wǎng)絡(luò)阻值不一致所引起的，但仍能保持在正常誤差范圍之內(nèi)。

二、聚合物鋰電池電流檢測(cè)

　　電流檢測(cè)功能測(cè)試按圖7.3所示連接。在電池組、保護(hù)器與負(fù)載構(gòu)成的工作回路中，利用電流鉗來(lái)測(cè)試實(shí)際工作電流，同時(shí)將保護(hù)器檢測(cè)到的電流值上傳到上位機(jī)應(yīng)用程序顯示。

　　由于條件所限，這里僅檢測(cè)了10A以下范圍的放電電流，共測(cè)試3組，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表7.2.

　　由于系統(tǒng)實(shí)際電流測(cè)試范圍設(shè)計(jì)為為80A以?xún)?nèi)，因此電流檢測(cè)精度并不高，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示可以控制在100mA左右，可以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求。

三、聚合物鋰電池溫度檢測(cè)

　　保護(hù)器共有4路溫度檢測(cè)通道，對(duì)溫度檢測(cè)功能測(cè)試的方法是，將4路溫度檢測(cè)電路的熱敏電阻和萬(wàn)用表的溫度檢測(cè)探頭同時(shí)置入80℃的熱水中，觀察記錄保護(hù)器傳遞給上位機(jī)應(yīng)用程序顯示的溫度值與萬(wàn)用表測(cè)得的溫度值。

　　測(cè)試結(jié)果表明檢測(cè)電路的溫度值與萬(wàn)用表的測(cè)量值有2℃內(nèi)的誤差，基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但溫度檢測(cè)電路的響應(yīng)速度較萬(wàn)用表測(cè)量的溫度慢，主要原因在于熱敏電阻本身響應(yīng)速度較慢，因此在對(duì)溫度保護(hù)要求較高的應(yīng)用中，可考慮其它測(cè)溫技術(shù)。

四、聚合物鋰電池過(guò)充、過(guò)放保護(hù)功能測(cè)試

　　測(cè)試該功能時(shí)，按照?qǐng)D7.4所示連接系統(tǒng)。

　　測(cè)試時(shí)，通過(guò)調(diào)整電池模擬器中某節(jié)電池的電壓，分別使之低于設(shè)定的鋰電池最低放電電壓和高于最高充電電壓，觀察保護(hù)器中的充放電狀態(tài)指示燈，測(cè)量充放電控制MOS管的管壓降，觀察上位機(jī)顯示的保護(hù)板工作狀態(tài)來(lái)判讀是否實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的保護(hù)功能。

　　系統(tǒng)實(shí)際設(shè)定的最低放電電壓為2.5V，最高充電電壓是4.2V，實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明保護(hù)器分別在模擬器電壓達(dá)到2.510V和4.195V時(shí)，可以立即關(guān)斷放電或充電回路，實(shí)現(xiàn)了基本的過(guò)充和過(guò)放電保護(hù)功能。

五、聚合物鋰電池過(guò)流和短路保護(hù)測(cè)試

　　過(guò)流保護(hù)主要是由單片機(jī)依據(jù)電流采集所獲得的采樣值和設(shè)置的電流保護(hù)閾值進(jìn)行比較，來(lái)決定是否關(guān)斷充電或放電回路。測(cè)試電路結(jié)構(gòu)圖如圖7.5所示。

　　當(dāng)檢測(cè)到電流大于設(shè)定保護(hù)值時(shí)，由單片機(jī)輸出控制信號(hào)切斷MOSFET開(kāi)關(guān)。

　　短路保護(hù)功能仍然利用電流采集電路獲得的電壓值和門(mén)限電壓進(jìn)行比較，短路時(shí)比較電路輸出脈沖作為單片機(jī)的中斷輸入，在中斷程序中切斷回路，實(shí)時(shí)地進(jìn)行短路保護(hù)。

六、聚合物鋰電池溫度保護(hù)

　　溫度保護(hù)功能是在環(huán)境溫度低于或超過(guò)一定值時(shí)，使系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，主要通過(guò)比較檢測(cè)溫度和系統(tǒng)設(shè)置的最高溫度、最低溫度來(lái)進(jìn)行充放電保護(hù)。通過(guò)實(shí)際測(cè)試，保護(hù)器實(shí)現(xiàn)了高低溫保護(hù)功能。

七、結(jié)論

　　經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期的目的。盡管如此，但是由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的匱乏和時(shí)間的限制，系統(tǒng)還有進(jìn)一步完善和改進(jìn)的空間：

①電池組在均衡的過(guò)程中，由于采用的是能量損耗法，所以保護(hù)器上的溫度會(huì)較高。這需要我們研究用簡(jiǎn)單可靠的非損耗型均衡法來(lái)實(shí)現(xiàn)電池組的均衡。

②電路板在設(shè)計(jì)時(shí)尺寸較大，不利于在電動(dòng)車(chē)的鋰電池組附近安裝。目前，準(zhǔn)備把系統(tǒng)分成3部分制板，這樣可以大大減小電路板的面積。

③電流檢測(cè)的精度雖然可以滿(mǎn)足本系統(tǒng)的需要，但是精度不高。后期需要我們研究新的電流采集電路提高電流檢測(cè)的精度。

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