磷酸铁锂动力电池管理系统BMS实验台

浏览：发布日期：2019-12-18

一．动力电池管理系统BMS实验台概述：
    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,需要的电力供给越来越大,大部分电力资源目前仍依靠热电厂一共,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.所以磷酸铁锂是目前作为汽车动力电池比较合适的选择.
     我公司新近开发的动力电池管理系统与早期的管理系统有较大差异,放弃了触摸屏显示器,取而代之是体积更小,更轻薄的LCD显示器,因为触摸屏,体积大,重量重,成本高,而司乘人员几乎不会使用触摸屏去选择查看电池的属性,仅需要对电池的总体属性有所了解即足够了,在遇到电池故障时,能提供报警功能即可.分析每个单体电池的的属性,那是工程技术人员的工作,所以我们的新版本管理系统,采用了轻薄的LCD显示器,同样可以了解电池的总电流,总电压,每个单体电池的电压和温度,操作人员可手动选择查看各单体电池的属性,也可自动循环显示各单体电池的状态.
    为更方便对电池组进行分析,也可以通过RS-232与电脑连接,在电脑集成系统中方便直观地查看各单体电池的属性,便于故障查找和新产品的测试与检验.
    同时,新型的动力电池管理系统放弃了前个版本,采集板均通过并联方式与主板进行数据通信,而全部采用逐级串联的方式进行连接,这样的好处在世,方便电池组安装隔离系统的采集板组件,其间采用的连接电缆大为减少,电池组与主板间的连线仅需一条5芯屏蔽电缆,非常便于安装,检修和维护.
    所有的采集板硬件均一致，不需要区分LECU1,LECU2...LECUN(可以任意选择需要的电池组数,每组可接12只单体电池)，任插一个位置均可，通电后系统将自动对它们的身份进行识别和登记，自行给它们分配采集板号码。
    新型管理系统可对每个单体电池的温度进行测量,时刻了解到各个单体电池的温升情况.

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12组(每组可检测12个单节电池),即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BMS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.并且可直观显示每个电池的温.

下图为动力电池管理系统LCD显示器外观图.

下图为控制主板外观图.

下图为数据采集板外观图.

    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12V-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.

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12组(每组可检测12个单节电池),即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(BSMS)外观图.