适用于低速电动汽车的锂电池组管理系统研究

随着资源与环境双重压力的持续增大,节能、减排的电动汽车成为国家中长期发展规划中重点支持和发展的产业。动力电池组是电动汽车的能量源,为了保证电动汽车可靠与安全地运行,功能完备的动力电池组管理系统是电动汽车的必备装置。低速电动汽车在市场上已得到普遍推广,为了提高车用锂电池组的可靠性,延长电池组的使用寿命和增加其续航里程,本文研究了一种适用于低速电动汽车的锂电池组管理系统。管理系统由主控模块和从控模块组成。主控模块以主控制器STM23F103VET6为核心,通过从控模块采集电池电压、温度,由电流传感器ACS758LCB采集电池组充放电电流,并综合利用电池的电压、电流、温度估算电池组剩余电量。根据电池电压、电流的状况,判断是否发生过充、过放或过流,从而对电池组采取相应的保护措施。从控模块选用高精度的集成芯片LTC6804-2完成电池电压采集与电池被动均衡,同时主控制器根据电池电压控制独立充电单元对电池组进行主动均衡,主动和被动均衡方式相结合实现了对电池组高效率的均衡控制。从控模块还利用灵敏度高的NTC热敏电阻采集每节电池的温度,根据电池温度情况,控制风扇进行热管理。该系统基于Visual Studio 2010环境设计了上位机监控软件,便于查看电池组工作状态。上位机监控软件通过Modbus-RTU通讯协议和RS232串口,与锂电池组管理系统硬件进行通信,实时获取电池组工作状态并显示、存储。用户可根据需求在上位机上设置充放电保护电压、过流保护电流值、均衡开启电压等参数。为了得到高精度的剩余电量(SOC),在扩展卡尔曼滤波法、安培时间积分法和开路电压法的基础上,提出了一种改进型扩展卡尔曼滤波算法。该算法对SOC估算值进行电流、温度补偿及修正,弥补了开路电压法不能实时估计的不足,改善了安培时间积分法的估算精度。通过对24串磷酸铁锂电池组进行充放电实验,对系统的功能、精度、均衡效果进行了测试与分析。实验结果表明,电池管理系统中单体电池电压采样精度小于5mV,电池组总电压采样精度达到0.5%,电流采样精度达到1%,温度采样精度为1°C,实现了电池电压、电流、温度的精确采集。在电池组均衡控制方面,均衡控制使电池之间压差保持在15mV以内,均衡控制效果优越。电池组剩余电量估算误差在5%以内,实现了准确估算电池组SOC。