基于驱动电机动力的锂电池组均衡系统设计及应用

郭海军

（甘肃能源化工职业学院，能源工程系，甘肃 兰州 730207）

锂离子电池常被用于电动汽车的蓄电池，其具备工作电压高、安全性能好、无记忆效应、功率密度高、等优点，成为电动汽车动力电池领域研究学者的热点研究内容[1]。由于一个独立的锂电池的工作电压较低，而电动汽车在运行过程中需要较高的电压额功率，因此为了达到提高锂电池电压的目的，通常情况下会将多节锂电池串联在一起组成电池组，为电动汽车提供实际所需的电压，在串联时锂离子电池组中的单体电池能量不能保持一致会造成锂电池可用容量和使用寿命降低的问题，针对这一问题本文提出一种基于驱动电机动力的锂电池组均衡系统。

1 基于驱动电机动力的锂电池组均衡系统硬件设计

基于驱动电机动力的锂电池组在处于工作状态时，均衡系统对电池信息进行实时的采集，同时还要对锂离子电池电池组内的单体锂电池之间的不同状态激进型判断。因此，本文均衡系统时通过脉冲宽度调制信号控制锂电池组能量均衡功能的启动或关闭。由于在控制过程中信号的传输频率相对较高，因此选用的主控制芯片为8S103F3P6 TSSOP20微控制器。该型号主控制芯片的数据总线宽度为8bit，最大时钟频率为16MHz，程序存储器为8kB，数据RAM大小为1kB，ADC分辨率为10bit[2]。该型号主控制芯片具有多条用于传输脉冲宽度调制信号的路径，且在传输过程中能够保证信号的稳定，运算处理能力远高于其它相同功能的控制芯片。

本文系统中的均衡电路选用场效应管，其中包含了N沟道的金属-氧化物半导体场效应晶体管，其中两根效应晶体管与场效应管漏极连接，另外两根效应晶体管与场效应管栅极连接[3]。利用电容电压不能产生突变的原理，当脉冲宽度调制驱动信号为低电平时，栅极与源极之间的电势差小于零，此时场效应管不导电；当脉冲宽度调制驱动信号为高电平时，电容电压不能发生冲突，此时栅极与源极之间的电势差大于零，场效应管开始导电，控制锂电池组均衡。

2 基于驱动电机动力的锂电池组均衡系统软件设计

根据本文基于驱动电机动力的锂电池组均衡系统电机控制需要实现的功能，其具体的软件设计流程包括四部分，分别为上电复位、定时中断、CANO接收中断以及SCI接收中断。当本文系统开始上电复位后，首先系统会自动开始进入到初始化状态，在此状态下，采集锂电池组母线中的电流流动数据，并将电流信息打包处理，发送到CANO总线当中，在这一过程中电流包传送的延时为0.5s。当定时中断，系统开始计数，累计时间为1s，完成计数后，对请求信息进行校验。当验证通过后，将更新后的电池运行数据发送到CA总线当中。当CANO接收中断后，系统开始解析协议，获取电池运行数据信息，并实时更新电池运行状态信息包括锂电池单体电压、母线电流以及锂电池组的均衡状态等信息[4]。当SCI接收中断时，系统再次验证请求信息，并将通过验证的信息通过上位机发送的数据对标定变量包进行实时更新，再将更新后的标定包发送到CAN总线中，完成对锂电池组的均衡调节。本文提供的软件部分主要用于采集锂电池单体的电压，并对锂电池单体进行均衡控制，并执行均衡功能。同时还需要与整个均衡系统进行实时的控制器域网通讯功能。

本文系统中的上位机监控采用LabWEIV9.1监控软件，方便对锂电池组均衡控制过程之中对其状态进行监控，并针对不同的应用设备标定与其匹配的关键参数。LabWEIV9.1监控软件时一种将测试测量、显示和控制整合的标准图形化编程软件，通过建立虚拟状态下的锂电池组供电设备，为均衡控制人员提供所需。上位机中显示部分把包括当前设备的调用接口、均衡模式、锂电池组内部电池电压变化曲线、锂电池组参数等信息。均衡控制参数的选择需要根据实际应用过程中进行重新标定。

3 实验论证分析

本文选用台架实验对基于驱动电机动力的锂电池组均衡系统与传统均衡系统进行对比。

图1 实验结果对比图

首先将6节锂离子电池串联在电池组中，通过示波器对其运行状态进行检测。分别在电池组中加入本文系统和传统系统，并记录两种系统在运行过程中的各项参数，绘制成如图1所示的实验结果对比图。

由图1中的两条对比曲线可以看出，在60次均衡实验中，本文系统中锂电池组在达到均衡状态时所需要的时间明显比传统系统用时更短。因此，通过对比实验证明，本文提出的基于驱动电机动力的锂电池组均衡系统可以在更短的时间内均衡锂电池组的能量，快速达到稳定状态，进一步延长了锂电池组的使用寿命。

4 结语

通过本文研究设计了一种新的用于锂电池组均衡调节的系统，改善了传统锂离子电池组中存在的不一致性问题，并通过对比实验证明了该系统与传统系统相比更适用于调节锂电池组的均衡。但本文系统设计只限于在锂离子电池模组内部的均衡，而未考虑到模组外的均衡，因此在后续的研究中还将对着一方面的问题进行更加深入的研究。