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【摘 要】电能动力的应用前景广阔，但都遇到了动力电池的难题，电池组在使用过程中会出现单体电池性能的恶化，既单体电池内阻变大造成电池容量降低，从造成了电池组整体性能下降影响电池动力使用，这也是动力电池推广困难的原因之一。
【关键词】电能；动力；电池；性能
文章编号：ISSN1006—656X（2014）03-0151-01
本文提出了一种新型的电池组管理系统的设计思路，该系统不但集成了目前常见管理系统的监控功能，还增加了其他管理系统所不具备的主动式充电均衡功能。
一、系统总体方案设计
动力锂电池智能管理系统主要由液晶显示模块、主控板、从控板组成。主控板由电量计算模块、报警信号采集模块、通讯模块组成。从控板由温度采集模块、电压采集模块、均衡电流采样模块、均衡模块、通讯模块组成。
整个系统以单片机为主控制器，通过采集电流信息，判断出电池组是在充电、放电还是在闲置状态及是否有过流现象，并对其状态做出相应处理。对各节电池电压进行采集分析后，系统决定是否启动均衡模块对整个电池组进行能量均衡，同时判断是否有过充或过放现象。温度的采集主要用于系统的过温保护。
二、均衡模块原理与实现
本设计采用了一种新型的主动均衡方式，与传统的被动式均衡相比具有明显的优势。本设计采用的是主动均衡方式，相对于传统的电阻而言，本设计采用了一种设计与绕组复杂的变压器模块，将单体电池电压升压后反馈到电池组的正负两端对电池组充电从而达到均衡目的。该设计的优点在于，并没有将电量浪费，而是将电量从升压较快的电池中转移到，电池组整体当中去，来减缓该电压增长速率。虽然受到变压器模块转换效率的影响，会有一部分电量在转化过程中损失掉，但是与采用电阻耗电的传统方式相比，效率还是很高的。
三、电压采样模块原理与实现
在电池组中，整个电池组的性能是由电池组中性能最差的电池决定的，又由于在所有表征电池组的参数中，电池组的端电压最能体现电池组的当前情况。因此，低成本的实现测量电池组中多体单节电池电压是一项降低成本、保护电池组的重要技术。
采样方式，串联电池组电压测量的方法有很多，目前应用较多的是共模测量与差分检测。本设计采用了巡检方式，与前两种方法不同的是，测量电压时采用了高速模拟开关进行切换，每次只测量一节单体电池电压，避免了共模干扰与累积误差，从而提高了采样精度。由于采用了高速模拟开关，因此采样速度也得到了保证。
四、电流采样的实现
电流是电池容量估计的关键参数，因此对电流采样的精度、抗干扰能力和线性度误差的要求都很高。
在本设计中，由于考虑到电池组充电一般在0.2C左右而放电电流一般可以达到1C甚至以上，而且充电电流的变化程度不像放电电流那样剧烈，二者在测量范围与信号表现上差异过大，不宜用同一手段采样。
因此，本设计将充电与放电电流分开采样。
充电电流采样：以本设计的实验电池组为例，该电池组容量为100AH，充电电流为20A，由于充电电流变化曲线很平滑电流波动较小，因此充电电流采样使用分流器。为了保证安全性，本设计中将分流器产生的电压信号经过线性光耦隔离，隔离后经过运放调理，将最初的电流信号转换为0-2.5V的电压信号供AD采样。本设计对于充电电流的采样范围为0-30A，分辨率为0.01A，精度为0.5%，完全可以满足电量计算与监控报警的要求。（通过更换分流器可扩大采样范围，以适应不同容量的电池组）
放电电流采样：由于动力电池在使用过程中母线上电流变化较为剧烈，实时电流变化更为明显。电流变化如此剧烈会对上级系统造成强烈冲击从而使系统不稳定。因此本设计针对放电电流采样使用了LEM公司生产的，HTFS 200_P/SP2传感器。本设计对于放电电流的采样范围为0-200A，分辨率为0.1A，精度为0.5%。（通过更换电流传感器可扩大采样范围，以适应不同容量的电池组）
五、温度采样的实现
电池管理系统中的温度检测采用的是美国DALLAS半导体公司生产的数字温度传感器DS18B20。它是单片结构，无需外加A/D转换器即可输出9～12位的数字量。通信采用单总线协议，对DS18B20的各种操作通过一条数据线即可完成。因为每个DS18B20都含有唯一的序列码，使每条总线上可同时连接多个DS18B20，这就使得系统连线简单。本系统温度采样范围为-55℃～125℃，误差为0.5℃。
六、通讯模块的实现
控制局域网CAN属于现场总线范围，是德国Bosch 公司为解决控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速度可达1 M bit/ s. CAN 协议的最大特点是废除了传统的站地址编码，而对通信数据块进行编码。
动力电池需要采用体积小，数据处理性能高，并且远程传输稳定的数据处理传输系统。针对这种要求，设计了多节点远程数据采集传输系统。从控板将所采集的电池组电压信号通过CAN总线传输到主控板，主控板再通过CAN总线将需要显示的电压、电流、报警信息传输给液晶模块以供显示。
七、结语
本设计通过在20节100AH串联锂电池组上试验，实现最大均衡电流为5A，均衡效率为80%左右。通过半年左右的充放电实验对比发现，使用管理系统的电池组，电池整体性与单体电池离散性能要优于没有使用管理系统的电池组。因此，该设计为电池管理系统的发展提供了一种新的思路，设计本身具有广阔的市场前景。
参考文献：
[1]杨威，杨世彦，黄军.超级电容器组均衡充电系统[J].电工？技术学报.2009，10：12-16.
[2]张巍.纯电动汽车电池管理系统的研究[J].北京交通大学，2008.
【关键词】电能；动力；电池；性能
文章编号：ISSN1006—656X（2014）03-0151-01
本文提出了一种新型的电池组管理系统的设计思路，该系统不但集成了目前常见管理系统的监控功能，还增加了其他管理系统所不具备的主动式充电均衡功能。
一、系统总体方案设计
动力锂电池智能管理系统主要由液晶显示模块、主控板、从控板组成。主控板由电量计算模块、报警信号采集模块、通讯模块组成。从控板由温度采集模块、电压采集模块、均衡电流采样模块、均衡模块、通讯模块组成。
整个系统以单片机为主控制器，通过采集电流信息，判断出电池组是在充电、放电还是在闲置状态及是否有过流现象，并对其状态做出相应处理。对各节电池电压进行采集分析后，系统决定是否启动均衡模块对整个电池组进行能量均衡，同时判断是否有过充或过放现象。温度的采集主要用于系统的过温保护。
二、均衡模块原理与实现
本设计采用了一种新型的主动均衡方式，与传统的被动式均衡相比具有明显的优势。本设计采用的是主动均衡方式，相对于传统的电阻而言，本设计采用了一种设计与绕组复杂的变压器模块，将单体电池电压升压后反馈到电池组的正负两端对电池组充电从而达到均衡目的。该设计的优点在于，并没有将电量浪费，而是将电量从升压较快的电池中转移到，电池组整体当中去，来减缓该电压增长速率。虽然受到变压器模块转换效率的影响，会有一部分电量在转化过程中损失掉，但是与采用电阻耗电的传统方式相比，效率还是很高的。
三、电压采样模块原理与实现
在电池组中，整个电池组的性能是由电池组中性能最差的电池决定的，又由于在所有表征电池组的参数中，电池组的端电压最能体现电池组的当前情况。因此，低成本的实现测量电池组中多体单节电池电压是一项降低成本、保护电池组的重要技术。
采样方式，串联电池组电压测量的方法有很多，目前应用较多的是共模测量与差分检测。本设计采用了巡检方式，与前两种方法不同的是，测量电压时采用了高速模拟开关进行切换，每次只测量一节单体电池电压，避免了共模干扰与累积误差，从而提高了采样精度。由于采用了高速模拟开关，因此采样速度也得到了保证。
四、电流采样的实现
电流是电池容量估计的关键参数，因此对电流采样的精度、抗干扰能力和线性度误差的要求都很高。
在本设计中，由于考虑到电池组充电一般在0.2C左右而放电电流一般可以达到1C甚至以上，而且充电电流的变化程度不像放电电流那样剧烈，二者在测量范围与信号表现上差异过大，不宜用同一手段采样。
因此，本设计将充电与放电电流分开采样。
充电电流采样：以本设计的实验电池组为例，该电池组容量为100AH，充电电流为20A，由于充电电流变化曲线很平滑电流波动较小，因此充电电流采样使用分流器。为了保证安全性，本设计中将分流器产生的电压信号经过线性光耦隔离，隔离后经过运放调理，将最初的电流信号转换为0-2.5V的电压信号供AD采样。本设计对于充电电流的采样范围为0-30A，分辨率为0.01A，精度为0.5%，完全可以满足电量计算与监控报警的要求。（通过更换分流器可扩大采样范围，以适应不同容量的电池组）
放电电流采样：由于动力电池在使用过程中母线上电流变化较为剧烈，实时电流变化更为明显。电流变化如此剧烈会对上级系统造成强烈冲击从而使系统不稳定。因此本设计针对放电电流采样使用了LEM公司生产的，HTFS 200_P/SP2传感器。本设计对于放电电流的采样范围为0-200A，分辨率为0.1A，精度为0.5%。（通过更换电流传感器可扩大采样范围，以适应不同容量的电池组）
五、温度采样的实现
电池管理系统中的温度检测采用的是美国DALLAS半导体公司生产的数字温度传感器DS18B20。它是单片结构，无需外加A/D转换器即可输出9～12位的数字量。通信采用单总线协议，对DS18B20的各种操作通过一条数据线即可完成。因为每个DS18B20都含有唯一的序列码，使每条总线上可同时连接多个DS18B20，这就使得系统连线简单。本系统温度采样范围为-55℃～125℃，误差为0.5℃。
六、通讯模块的实现
控制局域网CAN属于现场总线范围，是德国Bosch 公司为解决控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速度可达1 M bit/ s. CAN 协议的最大特点是废除了传统的站地址编码，而对通信数据块进行编码。
动力电池需要采用体积小，数据处理性能高，并且远程传输稳定的数据处理传输系统。针对这种要求，设计了多节点远程数据采集传输系统。从控板将所采集的电池组电压信号通过CAN总线传输到主控板，主控板再通过CAN总线将需要显示的电压、电流、报警信息传输给液晶模块以供显示。
七、结语
本设计通过在20节100AH串联锂电池组上试验，实现最大均衡电流为5A，均衡效率为80%左右。通过半年左右的充放电实验对比发现，使用管理系统的电池组，电池整体性与单体电池离散性能要优于没有使用管理系统的电池组。因此，该设计为电池管理系统的发展提供了一种新的思路，设计本身具有广阔的市场前景。
参考文献：
[1]杨威，杨世彦，黄军.超级电容器组均衡充电系统[J].电工？技术学报.2009，10：12-16.
[2]张巍.纯电动汽车电池管理系统的研究[J].北京交通大学，2008.