一种矿用锂离子电池管理系统检测设备的设计①

海舰

摘 要：该文以单片机和数据处理为基础，结合煤矿工业实际应用需求，研究并设计出能满足矿山锂离子锂离子电池电源所用的电池管理系统检测所需要的设备。能对锂离子电池管理系统的所有性能进行测试，包括监测一致性、过冲/过放保护功能、保护失效功能分析验证等方面，保证矿用锂离子电池电源的安全性能，完善矿用锂离子电池电源的安全准入手段。

关键词：矿山 锂离子电池电源 电池管理系统 检测设备

中图分类号：TM910.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（a）-0001-02

应用锂离子蓄电池最多的是汽车工业，随着煤炭工业发展和矿山装备技术进步，监测通信系统、紧急避险设施、井下运输车辆等对防爆电源容量的要求越来越高，同时GB3836.2010《爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》中明确禁止“在正常使用时可能释放电解气体的电池（如铅酸蓄电池）”在隔爆外壳内使用，越来越多的生产企业趋于选择、使用比能量高、无记忆效应的锂离子蓄电池。实际应用中，煤矿对矿用锂离子电池电源的需求也越来越大。

大容量锂离子电池过充电或过放电会产生高温，诱发不安全因素，其串联形成电池组使用时，由于单体电池本身的不一致性和使用环境的细微差别，亦会造成单体电池内部性能变化，从而影响整个电池组的性能和安全。锂离子电池管理系统是电池与用户之间的纽带，主要为了能够提高电池的利用率，均衡电池电量保持电池的一致性，延长电池的使用寿命，对蓄电池过冲、过放等影响安全性能的监控及报警处理等，是动力和储能电池组中不可或缺的重要部件。因此电池管理系统性能的优劣将直接影响到矿用锂离子电池电源的安全及可靠性。

1 现有检测方法及其局限性

随着国家对矿用设备安全要求的力度加大，加之国家新能源战略的部署，锂离子电池在矿山安全生产尤其是监控监测系统、矿用电机车动力中的应用将越来越广，为确保锂电池的安全性能，必须使用可靠的电池管理系统对电池组进行合理有效的管理和控制。对锂离子电池管理系统安全可靠性及灵敏度的测试成了安全准入及安全生产必不可少的前置保障为了保证矿用锂离子电池电源的安全性能，完善矿用锂离子电池电源的安全准入手段。

安标（2013）6号文明确规定，矿用锂离子电池电源内必须具备电池管理系统。安标锂离子电池电源管理规范也规定了锂离子电池必须具备管理系统。在安全准入阶段必须对电池管理系统安全性能进行验证分析，但目前国内尚无完善的矿用锂离子电池管理系统检测设备，对锂离子电池电源的安全准入造成困扰。

目前暂无完善的电池管理系统检测手段及设备，目前仅能对管理系统的单一功能采用专门的集成电路来验证。但集成电路的方案存在以下缺点：只针对管理系统的单一功能特性，验证项目不全精度和测量范围不够，电气接口和制式不统一，不利于整体验证管控。

2 基于单片机开发集成的全自动检测设备方案

该方案是以单片机开发为主，采用多检测设备及软件集成方法共同组成一个全自动检测系统装备方案，实现对锂离子电池管理系统的智能化综合测试，并借鉴了管理系统技术的应用，选用了CAN总线作为测试系统数据通信接口，该方案具有通用、可扩展、易升级等特点。可对锂离子电池管理系统进行全面的评测，可以模拟电压、电流、温度信号及异常事件的产生，可以捕捉管理系统对异常状态的反应。提高管理系统的安全可靠性、灵敏度，从而保证锂离子电池在矿山的安全使用。设备总体设计结构如图1所示。

系统总体网络结构采用现场总线型实时通讯网络结构，整个系统在物理上分为：系统管理控制层（上位机）和现场测量控制层。是目前可靠性较高的开放式网络结构方式，充/放电控制和数据采集测量单元等设备通过CAN通讯与上位机监控系统通信。系统管理控制层主要由上位机、系统管理软件及通信单元组成，主要用于按照用户编制的工艺向充放电组件下发各种工艺参数；接收充放电组件、单体电池电压检测单元、单体电池温度检测单元、电流检测单元上传的检测及控制数据；对接收的数据进行保存及分析处理。现场测量控制层主要由充/放电测控装置、基于高性能微处理器开发的采集控制单元、 基于IGBT全控变流技术开发的能馈式功率单元以及高精度电池参数采集系统组成。可对矿山电池、电池组管理系统进行在线监测，对电池或电池组的电压、电流、温度、容量、短路保护时间等参数进行验证分析，测试精度可达±（0.1%FS）。

3 结语

该文以单片机和数据处理为基础，结合煤矿工业实际应用需求，研究并设计出能满足矿山锂离子电池管理系统检测所需要的设备，能对锂离子电池管理系统的所有性能包括监测一致性、过冲/过放保护功能、保护失效功能分析验证等方面进行测试，对锂电池安全管理起到了重要的把关作用，应用前景将十分广阔。

参考文献

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