基于无线控制的锂离子电池组模拟发热系统的开发

高晓阳，谭晓军

（中山大学 工学院，广州 510275）

锂离子电池组在充放电过程中的发热量是电池组热管理方案中的重要考虑因素，而现有国内外电池组热管理测试的解决方案则是：利用充电机和电机测功平台或者充放电测试仪模拟实际运行工况下真实电池组的发热情况[1-4]，用以验证热管理方案的可行性。但直接利用真实电池组来模拟各种工况进行检测，不但会对电池组造成永久性的容量损失，而且还存在充放电时间长、不宜长时间反复循环测试、难以模拟故障状态、操作复杂、以及重复性与可控性差等缺点。因此，利用真实电池组自身发热来验证热管理方案可行性的方式存在很多缺点，有必要考虑用替代品代替真实电池组验证热管理方案的可行性。

本文基于以上弊端，提出了一种基于无线控制的锂离子电池组模拟发热系统，用于测试电池组热管理方案的可行性。

1 模拟发热单体

1.1 内部构成

本系统中模拟发热单体的内部由电源模块、无线模块、嵌入式处理器模块、功率调节模块、过温欠压保护模块、发热板以及有机硅灌封胶等组成，外壳由金属制成，所选用的材料与外形与真实锂离子电池的外壳一致，如图1所示。

图1 模拟发热单体的内部构造示意图

电源模块作为一个独立的个体，为整个装置供电。无线模块、嵌入式处理器模块、功率调节模块和过温欠压保护模块焊接在同一块电路板上，无线模块主要承担上位机与嵌入式处理器之间的通信任务，嵌入式处理器模块处理发热功率数据帧以及温度、电压等的采集信息，功率调节模块作用在于输出特定的电压与电流给发热板，使发热板以设定的功率发热，过温欠压保护模块作用在于避免模拟发热单体出现温度过高或者电源模块过度放电的现象。有机硅灌封胶装满了模拟发热单体的内部空间，该材料使用前为液态，灌入模拟发热单体静置一段时间后凝结成固态，具有良好的导热性、绝缘性与抗震性，其作用主要有三个：（1）能够防止发热板和温度传感器短路；（2）传导发热板产生的热量，使模拟发热单体均匀发热；（3）增强模拟发热单体的机械强度。

1.2 工作原理

模拟发热单体的工作原理如下：首先无线模块与上位机建立通信关系，接收来自上位机的发热功率数据帧，然后通过串口发送给嵌入式处理器，如果数据帧正确，嵌入式处理器将通过无线模块发送确认信号给上位机，如果数据帧不正确，则发送错误信号给上位机；接收到正确的数据帧，经嵌入式处理器处理以后作用于功率调节模块，功率调节模块输出相应的电压及电流给发热板，调节发热功率。在模拟发热单体的工作过程中，过温欠压保护模块会不断采集模拟发热单体内的温度值和电源模块的电压值，并将其发送给嵌入式处理器，当温度值超过一定值或者电压值低于一定值时，嵌入式处理器自动调节功率调节模块的输出电压为零，模拟发热单体停止发热，同时将过温信号或欠压信号发送给上位机，告知用户。

2 结束语

本文围绕一种基于无线控制的锂离子电池组模拟发热系统进行研究，并进行了实验验证。通过测试分析可知，该系统可以较为准确的的模拟标准工况下磷酸铁锂动力电池的温升变化。出现误差的主要原因在于：标准工况下磷酸铁锂动力电池的发热功率与温度、放电倍率、SOC的关系较复杂，工况数据库的数据较难精确测出。

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