鋰離子電池組專家診斷系統(tǒng)的研究

　　隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對能源、電力、交通、通信、環(huán)保等領(lǐng)域現(xiàn)代化要求也在不斷提高。作為后備能源的蓄電池系統(tǒng)正在被大量使用，對所有不允許斷電的供電電源系統(tǒng)來說，蓄電池組都是一個不可缺少的后備電源系統(tǒng)。而且，蓄電池系統(tǒng)在各行業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。蓄電池運行狀態(tài)是否正常，直接影響著應(yīng)用領(lǐng)域中各種設(shè)備的正常、可靠和安全運行。特別是無人值守的現(xiàn)場及電子商務(wù)中心、銀行的后備電池就顯得尤為重要。

　　經(jīng)測試及優(yōu)選分組的電池組中的各個單體電池之間仍然存在性能差異，這些差異在電池的長期運行過程中因環(huán)境的微小差別(如溫度差)能夠不同程度地產(chǎn)生新的差異。經(jīng)過長期運行，個別電池性能明顯下降，嚴(yán)重影響電池組性能，甚至造成事故，需要早期診斷出單電池的性能下降和早期故障。另外，單電池的性能下降及故障會降低電池組的SOC(荷電狀態(tài))值，因為性能差的一個單體電池的電量決定了整個電池組的荷電狀態(tài)。一個電池組一般是由數(shù)個單體電池或電池模塊串聯(lián)組成;性能落后的單體電池可能會使整個電池組提前終止放電。因而需要配備電池故障早期診斷專家系統(tǒng)。通過診斷系統(tǒng)能實現(xiàn)電池故障和隱患的早期預(yù)報，從而能有效地增加電動車電池組的續(xù)駛里程及無故障工作時間，使維護工作量降到最低，由此保證了電動車能可靠運行。

　　(3)過充和過放時最大電壓、電流、溫度的記錄;

　　(6)最近10個周期內(nèi)小電流充電時電壓差別;

　　(7)自放電時間間隔;

　　(8)上一次診斷的健康程度(SOH)結(jié)果。

　　在系統(tǒng)運行的第一次，對歷史檔案進行初始化。初始化的原則是除了一些已知的基本參數(shù)外，其他部分都設(shè)置為最佳狀態(tài)。在以后的運行過程中，系統(tǒng)自動地把與電池有關(guān)的重大事件記錄下來，對歷史檔案進行修改。如果電池組中的某一個電池被撤換下來，則應(yīng)對剛換上的電池的歷史檔案進行初始化。對歷史檔案中的使用總安時數(shù)、總充放電周期數(shù)、過充、過放及充電不足等影響電池健康和使用壽命的記錄采用長期記憶并進行累加的辦法;對于另外表現(xiàn)性能的歷史數(shù)據(jù)則采用定期刷新的方法。

　　歷史檔案的具體實現(xiàn)方案是：在系統(tǒng)中采用長期記憶芯片EEPROM來保存歷史數(shù)據(jù)，同時在系統(tǒng)中加一個時鐘電路和一個供電電池為歷史數(shù)據(jù)提供時間信息。

　　3.5 故障定義及處理流程

　　本系統(tǒng)采用四級故障報警定義，分別為一級溫差故障，溫度極高故障，單體電壓極高故障;二三四級溫差故障，壓差故障，溫度過高故障，單體電壓極高故障，單體電壓過低故障。

　　當(dāng)系統(tǒng)上電后，電池組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會在電池組充放電過程中，每隔一定時間循環(huán)采集電池組單體的電壓，溫度等信息。當(dāng)發(fā)生故障時記錄并標(biāo)定故障單體序號。當(dāng)標(biāo)定序號單體的故障次數(shù)累計到一定數(shù)量時，調(diào)用規(guī)則庫對電池性能進行評定，同時將評定結(jié)果記錄到該單體的歷史檔案中。

　　4 實驗結(jié)果與分析

　　本實驗采用的鋰離子電池組模塊為電動汽車用電池組模塊，采用磷酸鐵鋰電池組，單機模塊系統(tǒng)由12節(jié)30Ah單體電池串聯(lián)而成。電池組模塊裝配有電池管理數(shù)據(jù)采集模塊，模塊通過CAN總線將采集數(shù)據(jù)進行傳輸。經(jīng)過CAN232接口轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)由CAN數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成PC機能夠識別的格式，通過RS232接口傳遞給上位機人機交互界面進行顯示。系統(tǒng)連接如圖3所示。

　　圖4為實際對一組電池組進行若干次充放電循環(huán)后采集到的數(shù)據(jù)。由于電池單體間的差異，7號單體端電壓與其他單體的差距較大，已經(jīng)發(fā)生了二級壓差故障和單體電壓過低故障報警。