锂电池管理系统的研究与实现 — 研究目的与意义 2 电池, 北京航天, 供应商, 生产商

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国内电池管理系统研究现状
国内针对电动汽车的电池管理系统，仍然处于起步阶段。目前主要是一些高校，依托自己的科技优势，联合一些大的汽车生产商和电池供应商共同开展研究，如清华大学、北京理工大学、同济大学、北京航天航空大学等等，都取得了丰硕的成果：清华大学为EV-6580轻型电动客车配套的电池管理系统。在行驶过程中可对电池的充放电电流、电压等参数进行实时测量和监控，防止过充电、过放电，提高了电池寿命和效率，同时还开发了与该系统相匹配的充电系统。

同济大学和北京星恒电池有限公司的锂离子电池管理系统主要功能有：
电流电压及电池模块温度的采集，SOC估计，自动均衡，事故处理与记录等。

北京航空航天大学研制的镍氢电池管理系统主要功能有：
电流电压及电池箱温度的采集，SOC估计，运行状态判断和保护功能等。

春兰研究院的HEV-BMS主要功能有：
电流电压及电池箱温度的采集，SOC估计，自动均衡，电池故障诊断和安全保护。

北京理工大学王建群等为纯电动汽车研制的电池管理系统以单片机为核心，采用分布式网络控制系统结构，可以实时检测动力电池的各种运行参数：
电池SOC、总电压、总电流、单体模块电压、电池包内特征温度；
可以根据电池状态进行故障诊断和报警，同时具有热管理功能等；
系统参数通过PC进行标定，通过CAN总线与整车其他系统进行通信实现信息共享。

系统已经在BK 6121EV纯电动公交客车上安装。可以有效地管理电动车辆有限的能量，实现电动车辆效率最大化，估计电池组的剩余电量及车辆续驶里程、单体电池及成组电池的检测与电池组温度控制、电机及空调等耗能部件的功率分配等内容；并解决了动车辆运营过程中的故障诊断、高压安全、充电通讯接口、延长电池使用寿命、提高电动车可靠性等问题。

北方交通大学姜丽君等研制的电池管理系统为国家863计划电动汽车重大专项子课题的研究成果。系统利用单片机对电池的充电及放电信息进行采集，所采集的信息包括实时的充放电电流、电压、温度。总的和单组电池的所有信息由单片机的管理软件进行分析及总结以最合理、优化的方式发现故障电池及电池组所需的充放电模式，从而决定用什么方式来充电和放电。决策的执行是依靠一套功率四象限逆变器来自动完成的。该四象限逆变器可以正向充电也可反向将电池内电量逆变后馈送给电网。这样电池能经常把电荷放光，消除记忆，并“锻炼”容量，以达到延长电池寿命的效果。

深圳雷天公司研发生产的大功率、高容量锂动力电池在深海领域有广泛的应用，被研究人员采用在旅游观光潜艇及常规潜水艇上作推进器主动力的电池组动力能源。雷天公司为锂动力电池研发的配套电池管理系统有如下特点：
● 电池管理系统由管理主机（CPU）、电压与温度采集模块、电流采集模块和通信接口模块组成。
● 可检测并显示电池组的总电压、总电流、储备电量；任一单体电池的电压和电池箱的温度；最高和最低单体电池电压及电池编号、最高和最低温度、电池组的充放电量。
● 主机还提供报警和控制输出接口，对过压、欠压、高温、低温、过流、短路等极限情况进行报警和控制输出。
● 提供RS232和CAN总线接口，可在计算机上直接读取电池管理系统上的所有信息。

该电池管理系统作为电池安全运用的有力保障，使得电池时刻处于安全和可控制的充放电使用过程中，大大提高了电池在实际使用过程中的循环使用寿命。电池管理系统如下图所示：


三、本文研究内容
本文针对水下机器人的动力源——锂电池组提出一种锂电池管理系统的设计方法。该锂电池管理系统可直接检测及管理储能电池工作的全过程，包括电池充放电过程管理、电池温度检测、电池电压电流检测、电量估计、单体电池间的均衡、电池故障诊断等几个方面。

本文的主要内容包括一下几个部分：
第一章分析了锂电池的工作原理，工作特性及充放电过程中应该注意的问题。

第二章分析了影响电池剩余容量的因素，在分析比较国内外目前主要采用的几种估计方法的基础上，进一步研究了在本系统中采用的SOC估算方法，即开路电压与电量累积相结合的方法。

第三章分析了锂电池管理系统的硬件实现，按功能模块依次详细分析了处理器，数据采集模块，充电控制模块，均衡模块，数据显示和串口通信的工作原理和电路实现。

第四章通过软件框图分析了电池管理系统的软件实现，并对各个软件实现单元做了详细分析。

第五章电池管理系统的系统调试运行结果。

第六章对工作进行了总结，并对下一步重点研究的内容做了展望。