郭海軍

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，能源工程系，甘肅 蘭州 730207）

鋰離子電池常被用于電動汽車的蓄電池，其具備工作電壓高、安全性能好、無記憶效應(yīng)、功率密度高、等優(yōu)點(diǎn)，成為電動汽車動力電池領(lǐng)域研究學(xué)者的熱點(diǎn)研究內(nèi)容[1]。由于一個(gè)獨(dú)立的鋰電池的工作電壓較低，而電動汽車在運(yùn)行過程中需要較高的電壓額功率，因此為了達(dá)到提高鋰電池電壓的目的，通常情況下會將多節(jié)鋰電池串聯(lián)在一起組成電池組，為電動汽車提供實(shí)際所需的電壓，在串聯(lián)時(shí)鋰離子電池組中的單體電池能量不能保持一致會造成鋰電池可用容量和使用壽命降低的問題，針對這一問題本文提出一種基于驅(qū)動電機(jī)動力的鋰電池組均衡系統(tǒng)。

1 基于驅(qū)動電機(jī)動力的鋰電池組均衡系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于驅(qū)動電機(jī)動力的鋰電池組在處于工作狀態(tài)時(shí)，均衡系統(tǒng)對電池信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，同時(shí)還要對鋰離子電池電池組內(nèi)的單體鋰電池之間的不同狀態(tài)激進(jìn)型判斷。因此，本文均衡系統(tǒng)時(shí)通過脈沖寬度調(diào)制信號控制鋰電池組能量均衡功能的啟動或關(guān)閉。由于在控制過程中信號的傳輸頻率相對較高，因此選用的主控制芯片為8S103F3P6 TSSOP20微控制器。該型號主控制芯片的數(shù)據(jù)總線寬度為8bit，最大時(shí)鐘頻率為16MHz，程序存儲器為8kB，數(shù)據(jù)RAM大小為1kB，ADC分辨率為10bit[2]。該型號主控制芯片具有多條用于傳輸脈沖寬度調(diào)制信號的路徑，且在傳輸過程中能夠保證信號的穩(wěn)定，運(yùn)算處理能力遠(yuǎn)高于其它相同功能的控制芯片。

本文系統(tǒng)中的均衡電路選用場效應(yīng)管，其中包含了N溝道的金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中兩根效應(yīng)晶體管與場效應(yīng)管漏極連接，另外兩根效應(yīng)晶體管與場效應(yīng)管柵極連接[3]。利用電容電壓不能產(chǎn)生突變的原理，當(dāng)脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號為低電平時(shí)，柵極與源極之間的電勢差小于零，此時(shí)場效應(yīng)管不導(dǎo)電；當(dāng)脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號為高電平時(shí)，電容電壓不能發(fā)生沖突，此時(shí)柵極與源極之間的電勢差大于零，場效應(yīng)管開始導(dǎo)電，控制鋰電池組均衡。

2 基于驅(qū)動電機(jī)動力的鋰電池組均衡系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)本文基于驅(qū)動電機(jī)動力的鋰電池組均衡系統(tǒng)電機(jī)控制需要實(shí)現(xiàn)的功能，其具體的軟件設(shè)計(jì)流程包括四部分，分別為上電復(fù)位、定時(shí)中斷、CANO接收中斷以及SCI接收中斷。當(dāng)本文系統(tǒng)開始上電復(fù)位后，首先系統(tǒng)會自動開始進(jìn)入到初始化狀態(tài)，在此狀態(tài)下，采集鋰電池組母線中的電流流動數(shù)據(jù)，并將電流信息打包處理，發(fā)送到CANO總線當(dāng)中，在這一過程中電流包傳送的延時(shí)為0.5s。當(dāng)定時(shí)中斷，系統(tǒng)開始計(jì)數(shù)，累計(jì)時(shí)間為1s，完成計(jì)數(shù)后，對請求信息進(jìn)行校驗(yàn)。當(dāng)驗(yàn)證通過后，將更新后的電池運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送到CA總線當(dāng)中。當(dāng)CANO接收中斷后，系統(tǒng)開始解析協(xié)議，獲取電池運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，并實(shí)時(shí)更新電池運(yùn)行狀態(tài)信息包括鋰電池單體電壓、母線電流以及鋰電池組的均衡狀態(tài)等信息[4]。當(dāng)SCI接收中斷時(shí)，系統(tǒng)再次驗(yàn)證請求信息，并將通過驗(yàn)證的信息通過上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)對標(biāo)定變量包進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，再將更新后的標(biāo)定包發(fā)送到CAN總線中，完成對鋰電池組的均衡調(diào)節(jié)。本文提供的軟件部分主要用于采集鋰電池單體的電壓，并對鋰電池單體進(jìn)行均衡控制，并執(zhí)行均衡功能。同時(shí)還需要與整個(gè)均衡系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制器域網(wǎng)通訊功能。

本文系統(tǒng)中的上位機(jī)監(jiān)控采用LabWEIV9.1監(jiān)控軟件，方便對鋰電池組均衡控制過程之中對其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并針對不同的應(yīng)用設(shè)備標(biāo)定與其匹配的關(guān)鍵參數(shù)。LabWEIV9.1監(jiān)控軟件時(shí)一種將測試測量、顯示和控制整合的標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程軟件，通過建立虛擬狀態(tài)下的鋰電池組供電設(shè)備，為均衡控制人員提供所需。上位機(jī)中顯示部分把包括當(dāng)前設(shè)備的調(diào)用接口、均衡模式、鋰電池組內(nèi)部電池電壓變化曲線、鋰電池組參數(shù)等信息。均衡控制參數(shù)的選擇需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用過程中進(jìn)行重新標(biāo)定。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

本文選用臺架實(shí)驗(yàn)對基于驅(qū)動電機(jī)動力的鋰電池組均衡系統(tǒng)與傳統(tǒng)均衡系統(tǒng)進(jìn)行對比。

圖1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比圖

首先將6節(jié)鋰離子電池串聯(lián)在電池組中，通過示波器對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測。分別在電池組中加入本文系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)，并記錄兩種系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的各項(xiàng)參數(shù)，繪制成如圖1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比圖。

由圖1中的兩條對比曲線可以看出，在60次均衡實(shí)驗(yàn)中，本文系統(tǒng)中鋰電池組在達(dá)到均衡狀態(tài)時(shí)所需要的時(shí)間明顯比傳統(tǒng)系統(tǒng)用時(shí)更短。因此，通過對比實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的基于驅(qū)動電機(jī)動力的鋰電池組均衡系統(tǒng)可以在更短的時(shí)間內(nèi)均衡鋰電池組的能量，快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)一步延長了鋰電池組的使用壽命。

4 結(jié)語

通過本文研究設(shè)計(jì)了一種新的用于鋰電池組均衡調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，改善了傳統(tǒng)鋰離子電池組中存在的不一致性問題，并通過對比實(shí)驗(yàn)證明了該系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比更適用于調(diào)節(jié)鋰電池組的均衡。但本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)只限于在鋰離子電池模組內(nèi)部的均衡，而未考慮到模組外的均衡，因此在后續(xù)的研究中還將對著一方面的問題進(jìn)行更加深入的研究。