⑷SmartGuard系統

該系統是由美國Aerovironment公司開發的。系統通過一個分布式的專用IC管理裝置來測量電池的電壓和溫度，在主控部件有信號來時還可起動電流旁路電路。

該系統的主要功能有：

● 過充保護;

● 當放電反向時，發出報警信號;

● 能夠記錄歷史信息;

● 提供最差電池單元的剩余電量信息。

⑸BatOpt系統。

該系統是由美國AC Propulsion公司開發的。在該系統中，每個電池上都裝有監控模塊，監控模塊經過two_wire總線和中心控制單元通信，向主控單元報告電池電壓、溫度等信息，主控單元接收到上述信息后，發出相應的控制命令，這樣就構成了一個分布式系統。

1.2.2系統的國內現狀

相對于國外來說，國內的鋰離子電池組監控管理系統主要是由高校與一些汽車生產商和電池供應商聯合起來共同研發的，高校擁有自己的科技優勢，經過多年的努力，研發了許多可靠的電池管理系統并已經投入使用。

⑴EV-6580輕型電動客車配套的電池管理系統。

該系統是由清華大學研發的。該系統可以實時測量和監控電池的充放電電流、電壓等參數，同時提供了過充、過放保護，這樣就大大提高了電池壽命，同時還開發了與該系統相匹配的充電系統。

⑵同濟大學研發的鋰離子電池管理系統該系統是同濟大學與北京星恒電池有限公司合作研發的。該系統的主要功能有：電壓、電流和溫度的精確采集，電池電量估計，均衡保護，事故處理與記錄等。

⑶北京理工大學研制的電池管理系統該系統是專門為電動汽車上的電池開發的。

該系統采用單片機作為微處理器，具有以下功能：

可以實時檢測電池電量、電池組總電壓、總電流和各單體電池電壓以及電池組溫度等各種運行參數;

具有故障診斷和報警功能;

采用分布式網絡控制系統結構，系統參數送入PC機，在PC機中進行標定后，再通過CAN總線與其他系統進行通信，實現信息共享。

系統已經投入安裝使用，結果表明該系統大大延長了電池組的壽命，提高了電動車的運行效率，當故障產生后能夠及時發現進行處理，同時能夠精確的估計電池組的剩余電量，提高了電動車的可靠性。

1.2.3鋰離子電池保護的常用方案

從前面的介紹中，我們可以看到，在鋰離子電池組的使用過程中，鋰離子電池易受到過充、過放的影響，大大減少鋰離子電池的使用壽命。因此，鋰離子電池組的保護電路是非常重要的。

鋰離子電池組保護電路首先應當具有對鋰離子電池組的過充保護、過放保護、均衡保護功能。另外，其保護電路除了能夠完成以上功能，還需具備以下特點：

⑴低功耗電流。

保護電路是在電池工況出現異常的情況下工作，因此保護電路消耗的電流要盡量小，實現降低損耗的目的。

⑵檢測精度要高。過充電檢測要求電路的精度高，如果檢測精度不高，就不能保證電池容量的充分使用。

⑶工作電壓低。

保護電路對鋰離子電池進行保護時，由于單節鋰離子電池的電壓較低，當電池放電時，電壓就會進一步降低，因此，保護電路應該能在低電壓下工作。

針對上述提出的應當完成的功能和具備的特點，在目前來說，常用的鋰離子電池管理方法主要有兩種：

⑴采用專用芯片的鋰電池管理系統。在常見的便攜式設備中，通常使用容量較小的鋰電池。首先，考慮的便攜式設備的需求，通常要求系統的保護電路也盡可能小。其次，考慮到電池容量也相對較小，不需要過度考慮系統的均衡及保護問題。通常使用專用管理芯片并配合外圍電路即可實現簡單的電池充放電管理及保護功能。

⑵基于監測的鋰電池管理系統。在大容量的鋰電池應用系統中，專用的鋰電池管理芯片已不能滿足需要，需要采用采用微控制器來實現系統管理。我們通過信號采集電路采集電池組的各種數據，然后將這些數據送入微控制器進行分析，根據分析結果來判斷電池組中各個電池的工作狀態好壞，依據系統的硬件和軟件設計，對鋰電池組進行智能化管理保護，從而實現對鋰電池電能的有效利用和延長電池壽命的目的。

本文是針對16節鋰離子電池組進行均衡保護設計的，而專用芯片最多只能實現對13節電池的保護，因此，如果采用專用芯片保護，那么至少需要2個專用芯片才能實現，提高了系統的成本。另外，采用專用芯片的話，鋰電池組的電池個數將固定，這樣系統的靈活性較低。綜合多方面的考慮，本文采用基于微控制器鋰離子電池監控系統的方案，微控制器選用低功耗的MSP430單片機。

1.3課題意義及主要研究內容

1.3.1本文的意義

鋰電池是20世紀末才出現的綠色高效能可充電電池，目前隨著鋰離子電池的推廣及大量應用，鋰離子電池深受社會和用戶的歡迎。日常生活中，人們所用的手機、筆記本電腦、數碼相機及眾多的便攜式設備均已使用鋰離子電池作為電源。

當前，世界電池工業技術的發展，逐漸出現以下三個發展趨勢：一、突出綠色概念、包括鋰離子電池、無汞堿錳電池等，滿足了人們對電池的需要。二、一次電池向二次電池轉化。正如鋰電池技術的基礎上開發了可重復使用的鋰離子電池，在無汞錳電池的基礎上開發了可充電的無汞錳電池。三、便攜式電池稱為用戶的首選。隨著各式各樣的電池出現，用戶在選用電池時，在考慮到電池的環保、性價比的同時，更加注重電池的便攜性。正因為鋰離子電池具有高的體積比能量和環保性能，符合當前世界電池技術的發展趨勢。據權威部門預測，我國鋰電池總產值將挑戰100億美元，據IIT等研究機構推測，我國鋰電池行業的年增長率將超過20%，2016年電池總體需求量將達到50億塊左右?？梢?，在當前和今后相當一段時間，鋰電池將稱為我國電池工業的龍頭。由此可見，研究鋰電池的管理系統顯得尤為重要，是鋰電池進一步推廣的一個關鍵因素之一。

1.3.2本文的主要研究內容

本文是針對民用電動車上的鋰離子電池組的監控管理而設計的。本系統的主要功能包括鋰離子電池的充放電保護、單體電池的均衡保護、電池故障診斷以及上位機對電池組的實時監控等幾個方面。

本文的主要內容分為以下幾個部分：

第一章、研究目的與意義。簡要介紹鋰電池監控系統及其保護電路的現狀和當前的保護方案。

第二章、鋰離子電池監控系統的基礎研究。分析電池特性、電量管理、及鋰離子電池的采取均衡措施的原因及常用方法。

第三章、系統硬件設計。詳細介紹了本文設計的鋰離子電池監控系統的硬件總體方案，并詳細介紹了各模塊的硬件電路設計。

第四章、單片機軟件設計。詳細介紹了系統的下位機軟件設計流程及系統各模塊的軟件設計方法。

第五章、上位機程序設計。詳細介紹了系統的上位機軟件設計流程及系統各模塊的軟件設計方法。

第六章、模糊故障診斷。采用模糊控制技術實現對電池故障的診斷。

第七章、系統測試結果及結論。在系統軟硬件設計完成后，對系統進行了測試，重點是對保護電路、采集精度的測試。

本文研究了當前國內外鋰電池監控管理系統的現狀，設計了一套鋰離子電池組監控系統，完成了軟硬件的設計。在完成系統設計過程中，重點解決了電池均衡和充放電保護問題。通過軟硬件測試，該管理系統均衡及保護電路簡捷、靈敏、可靠。通過實驗測試，該系統具備低功耗、高精度、高穩定性、反應靈敏、操作簡便等優點。