高曉陽，譚曉軍

（中山大學(xué) 工學(xué)院，廣州 510275）

鋰離子電池組在充放電過程中的發(fā)熱量是電池組熱管理方案中的重要考慮因素，而現(xiàn)有國內(nèi)外電池組熱管理測試的解決方案則是：利用充電機和電機測功平臺或者充放電測試儀模擬實際運行工況下真實電池組的發(fā)熱情況[1-4]，用以驗證熱管理方案的可行性。但直接利用真實電池組來模擬各種工況進行檢測，不但會對電池組造成永久性的容量損失，而且還存在充放電時間長、不宜長時間反復(fù)循環(huán)測試、難以模擬故障狀態(tài)、操作復(fù)雜、以及重復(fù)性與可控性差等缺點。因此，利用真實電池組自身發(fā)熱來驗證熱管理方案可行性的方式存在很多缺點，有必要考慮用替代品代替真實電池組驗證熱管理方案的可行性。

本文基于以上弊端，提出了一種基于無線控制的鋰離子電池組模擬發(fā)熱系統(tǒng)，用于測試電池組熱管理方案的可行性。

1 模擬發(fā)熱單體

1.1 內(nèi)部構(gòu)成

本系統(tǒng)中模擬發(fā)熱單體的內(nèi)部由電源模塊、無線模塊、嵌入式處理器模塊、功率調(diào)節(jié)模塊、過溫欠壓保護模塊、發(fā)熱板以及有機硅灌封膠等組成，外殼由金屬制成，所選用的材料與外形與真實鋰離子電池的外殼一致，如圖1所示。

圖1 模擬發(fā)熱單體的內(nèi)部構(gòu)造示意圖

電源模塊作為一個獨立的個體，為整個裝置供電。無線模塊、嵌入式處理器模塊、功率調(diào)節(jié)模塊和過溫欠壓保護模塊焊接在同一塊電路板上，無線模塊主要承擔上位機與嵌入式處理器之間的通信任務(wù)，嵌入式處理器模塊處理發(fā)熱功率數(shù)據(jù)幀以及溫度、電壓等的采集信息，功率調(diào)節(jié)模塊作用在于輸出特定的電壓與電流給發(fā)熱板，使發(fā)熱板以設(shè)定的功率發(fā)熱，過溫欠壓保護模塊作用在于避免模擬發(fā)熱單體出現(xiàn)溫度過高或者電源模塊過度放電的現(xiàn)象。有機硅灌封膠裝滿了模擬發(fā)熱單體的內(nèi)部空間，該材料使用前為液態(tài)，灌入模擬發(fā)熱單體靜置一段時間后凝結(jié)成固態(tài)，具有良好的導(dǎo)熱性、絕緣性與抗震性，其作用主要有三個：（1）能夠防止發(fā)熱板和溫度傳感器短路；（2）傳導(dǎo)發(fā)熱板產(chǎn)生的熱量，使模擬發(fā)熱單體均勻發(fā)熱；（3）增強模擬發(fā)熱單體的機械強度。

1.2 工作原理

模擬發(fā)熱單體的工作原理如下：首先無線模塊與上位機建立通信關(guān)系，接收來自上位機的發(fā)熱功率數(shù)據(jù)幀，然后通過串口發(fā)送給嵌入式處理器，如果數(shù)據(jù)幀正確，嵌入式處理器將通過無線模塊發(fā)送確認信號給上位機，如果數(shù)據(jù)幀不正確，則發(fā)送錯誤信號給上位機；接收到正確的數(shù)據(jù)幀，經(jīng)嵌入式處理器處理以后作用于功率調(diào)節(jié)模塊，功率調(diào)節(jié)模塊輸出相應(yīng)的電壓及電流給發(fā)熱板，調(diào)節(jié)發(fā)熱功率。在模擬發(fā)熱單體的工作過程中，過溫欠壓保護模塊會不斷采集模擬發(fā)熱單體內(nèi)的溫度值和電源模塊的電壓值，并將其發(fā)送給嵌入式處理器，當溫度值超過一定值或者電壓值低于一定值時，嵌入式處理器自動調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)模塊的輸出電壓為零，模擬發(fā)熱單體停止發(fā)熱，同時將過溫信號或欠壓信號發(fā)送給上位機，告知用戶。

2 結(jié)束語

本文圍繞一種基于無線控制的鋰離子電池組模擬發(fā)熱系統(tǒng)進行研究，并進行了實驗驗證。通過測試分析可知，該系統(tǒng)可以較為準確的的模擬標準工況下磷酸鐵鋰動力電池的溫升變化。出現(xiàn)誤差的主要原因在于：標準工況下磷酸鐵鋰動力電池的發(fā)熱功率與溫度、放電倍率、SOC的關(guān)系較復(fù)雜，工況數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)較難精確測出。

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