基于M68HC08GZ16的電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.3 均衡模塊

　　電池組常用的均衡方法有分流法、飛速電容均衡充電法、電感能量傳遞方法等。在本系統(tǒng)中，需要較多的I/O口驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管，而單片機(jī)的I/O口有限，所以采取整充轉(zhuǎn)單充的充電均衡方法。原理圖如圖3所示。Q4是控制電池組整充的開(kāi)關(guān)，Q2、Q3、Q5是控制單節(jié)電池充電的開(kāi)關(guān)。以10節(jié)錳酸鋰電池組為例，變壓器主線(xiàn)圈兩端電壓為42 V，副線(xiàn)圈電壓為電池的額定電壓4.2 V。剛開(kāi)始Q4導(dǎo)通，Q2、Q3、Q5截止，單節(jié)電池的電壓不斷升高，當(dāng)檢測(cè)到某一節(jié)電池的電壓達(dá)到額定電壓4.2 V以后，電壓檢測(cè)芯片發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，封閉Q4，打開(kāi)Q2、Q3、Q5，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入單充階段，未布滿(mǎn)的電池繼承充電，以達(dá)到額定電壓的電池保持額定電壓不變。經(jīng)測(cè)試，電壓差值不會(huì)超過(guò)50 mV

　　2 SOC電量檢測(cè)

　　在鋰離子電池管理系統(tǒng)中，常用的SOC計(jì)算方法有開(kāi)路電壓法、庫(kù)倫計(jì)算法、阻抗測(cè)量法、綜合查表法。

　　(1)開(kāi)路電壓法是最簡(jiǎn)單的測(cè)量方法，主要根據(jù)電池開(kāi)路電壓的大小判斷SOC的大小。由電池的工作特性可知，電池的開(kāi)路電壓與電池的剩余容量存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

　　(2)庫(kù)侖計(jì)算法是通過(guò)測(cè)量電池的充電和放電電流，將電流值與時(shí)間值的乘積進(jìn)行積分后計(jì)算得到電池充進(jìn)的電量和放出的電量，并以此來(lái)估計(jì)SOC的值。

　　(3)阻抗測(cè)量法是利用電池的內(nèi)阻和荷電狀態(tài)SOC之間一定的線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)測(cè)出電池的電壓、電流參數(shù)計(jì)算出電池的內(nèi)阻，從而得到SOC的估計(jì)值。

　　(4)綜合查表法中電池的剩余容量SOC與電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)是密切相關(guān)的。通過(guò)設(shè)置一個(gè)相關(guān)表，輸入電壓、電流、溫度等參數(shù)就可以查詢(xún)得到電池的剩余容量值。

　　在本設(shè)計(jì)中，從電路的集成度、成本、所選MCU的性能方面考慮，采用了軟件編程的方法。綜合幾種方法，采用庫(kù)倫計(jì)算法比較合適。

　　(1)用C表示鋰電池組從42 V降到32 V時(shí)放出的總的電量。

　　(2)用η表示電流i經(jīng)過(guò)時(shí)間t后，放出的電量與C的比值。

　　其中CRM為剩余電量。令ΔCi=i×Δt，表示?駐t時(shí)間內(nèi)電池組以i放電的放電量;或者是以i充電的充電量，剩余電量實(shí)際上是對(duì)ΔCi的計(jì)算以及累加。設(shè)定合適的采樣時(shí)間Δt，測(cè)定當(dāng)前的電流值，然后計(jì)算乘積，得到Δt時(shí)間內(nèi)剩余容量CRM的變化量，從而不斷更新CRM的值，即可實(shí)現(xiàn)SOC電量的檢測(cè)。

　　3 試驗(yàn)結(jié)果

　　通過(guò)電池管理系統(tǒng)對(duì)錳酸鋰電池組進(jìn)行充放電測(cè)試。圖4(a)為鋰電池組放電測(cè)試圖，放電電流為8 A，當(dāng)電池組電壓降至32 V時(shí)，放電MOS管關(guān)斷。圖4(b)為充電的測(cè)試圖。充電結(jié)束4小時(shí)后，均衡完成。

　　本文的電池管理系統(tǒng)以M68HC08GZ16為核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池組單體電壓、電流、溫度信號(hào)的采集。充電電量平衡以后，單體電池的電壓差值不超過(guò)50 mV。整體系統(tǒng)運(yùn)行性能良好，能夠滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組應(yīng)用需要。