新能源汽車(chē)鋰離子電池組智能監(jiān)控系統(tǒng)

林　可

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院，重慶，400037）

新能源汽車(chē)鋰離子電池組智能監(jiān)控系統(tǒng)

林可

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院，重慶，400037）

隨著新能源汽車(chē)的興起，鋰離子電池作為一種新型的環(huán)保電池，被認(rèn)為是其主要的動(dòng)力源和儲(chǔ)能載體，而電池自燃起火等事故的頻發(fā)造成極大危害。本文基于鋰離子電池的特性，試對(duì)新能源汽車(chē)中的鋰離子電池組智能監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的研究和探索。

鋰離子電池組；智能監(jiān)控系統(tǒng)；自燃監(jiān)控

新能源汽車(chē)主要的動(dòng)力源是鋰離子電池組，包含磷酸鐵鋰、多元鋰等，其具有應(yīng)用周期長(zhǎng)、污染小、體積小、容量高的特點(diǎn)，較之現(xiàn)階段市場(chǎng)上多用的鎳氫電池及鉛酸電池等，更具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但同時(shí)鋰離子電池本身有一定的危險(xiǎn)性，易發(fā)生自燃或爆炸的現(xiàn)象，因此保證其使用安全性尤為重要。本文結(jié)合智能化監(jiān)控技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套新能源汽車(chē)鋰離子電池組智能監(jiān)控系統(tǒng)，充分保證了電池的安全性和動(dòng)力性。

1　鋰離子電池特性及鋰離子電池組智能監(jiān)控系統(tǒng)

鋰離子電池具有的諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，使其成為電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池及新能源汽車(chē)的首選。然而正是由于鋰離子電池的能量密度較大，容易受到種種因素的影響，產(chǎn)生一定的泄漏、放氣、冒煙、等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)引發(fā)燃燒、爆炸等現(xiàn)象。最為重要的是，系統(tǒng)還具備必要的保護(hù)、報(bào)警、控制功能，實(shí)現(xiàn)電池充電過(guò)程中的超溫報(bào)警及過(guò)壓保護(hù)等，以便于對(duì)電池自燃進(jìn)行有效的監(jiān)控，當(dāng)不可避免發(fā)生自燃情況時(shí)，系統(tǒng)可手動(dòng)或自動(dòng)在電池組周邊噴射降溫抑火材料，留出更多時(shí)間讓乘客逃生，從而增強(qiáng)了車(chē)輛安全性。

2　鋰離子電池組智能監(jiān)控系統(tǒng)的組成與工作原理

2.1系統(tǒng)的組成

鋰離子電池組智能監(jiān)控系統(tǒng)融合了人工智能技術(shù)和現(xiàn)代控制理論，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池組軟硬件的適時(shí)管理和控制，在最大限度上確保電池的安全使用。

2.1.1電壓及溫度保護(hù)模塊

這一模塊是對(duì)電池組的上下限電壓、內(nèi)壓及溫度等進(jìn)行限制和保護(hù)的模塊，其主要是通過(guò)利用熱敏電阻、壓力應(yīng)變片及電壓泵等實(shí)現(xiàn)的，以保證當(dāng)電池的相關(guān)參數(shù)偏離正常指標(biāo)時(shí)，相應(yīng)的裝置能自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，并切斷回路，保證電池使用的安全性。

2.1.2過(guò)流保護(hù)模塊

這一模塊主要由一系列的監(jiān)控單元組成，包括充電機(jī)電壓、充電電流等。其是利用電流開(kāi)關(guān)及充電容量監(jiān)控，對(duì)電池組進(jìn)行二重控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的雙保險(xiǎn)管理，以免電池電流過(guò)充而導(dǎo)致?lián)p壞和壽命的減短。

2.1.3均充保護(hù)模塊

均充保護(hù)模塊是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，其主要利用的是單塊電池容量不一致、能量分散的問(wèn)題設(shè)計(jì)的，通過(guò)實(shí)現(xiàn)電池能量的統(tǒng)一分配，對(duì)每一塊單體電池進(jìn)行均衡的充電。此外，還可對(duì)電池進(jìn)行均充，以更好地促進(jìn)電池的高效使用。

2.1.4電池組管理系統(tǒng)

由于電池自燃是一個(gè)漸變的過(guò)程，發(fā)生電池自燃的觸發(fā)原因也具有多樣性，因此在系統(tǒng)的安全設(shè)置上遵循一定的層次性（見(jiàn)圖3和圖4）。本文設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于，在電池管理系統(tǒng)中，包含了手動(dòng)和自動(dòng)的抑制燃燒及降溫裝置，在電池發(fā)生明火燃燒前實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、電流、氣體泄漏等變化的檢測(cè)和控制，有效防止自燃現(xiàn)象的發(fā)生。噴射主要采用液態(tài)CO2材料，其具有降溫效果好，氣化后不對(duì)電池造成危害等優(yōu)點(diǎn)。

圖1　電池自燃事故觸發(fā)的分類(lèi)

圖2　電池系統(tǒng)安全性問(wèn)題的層次性

總之，鋰離子電池組智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)的最終目的就是保證電池處于“理想”的工作狀態(tài)。在保證電池外部性能指標(biāo)不變的前提下，通過(guò)智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電池組在任何情況下都能正常工作。

2.2系統(tǒng)的工作原理

為保證鋰離子電池組的安全性，在對(duì)其進(jìn)行充電時(shí)，一般采用先恒流再恒壓的“分步式”充電方式，當(dāng)單塊電池的電壓控制在4.2V時(shí)再轉(zhuǎn)入恒壓充電，以減少因電壓不穩(wěn)而產(chǎn)生損壞甚至爆炸現(xiàn)象的發(fā)生。系統(tǒng)在電池剩余容量的測(cè)量上較之傳統(tǒng)測(cè)量方式更為精確，能有效減少誤差的發(fā)生。此外，若溫度超限、電壓過(guò)壓，系統(tǒng)也將自動(dòng)斷電。

3　結(jié)論與展望

鋰離子電池相對(duì)于其他類(lèi)型的電池雖然成本較高，但同樣有著污染小、體積小、高容量、無(wú)記憶及各項(xiàng)性能指標(biāo)等諸多方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，電池組串聯(lián)數(shù)量逐漸加大，其管理難度也大大增加，如何提高系統(tǒng)的集成度，從而更好地降低功耗、減小體積，或者開(kāi)發(fā)出高性能、高集成的電池等，都需要相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步的探討，以保證鋰離子電池組智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加完善，促進(jìn)其更好地在新能源汽車(chē)中得以廣泛應(yīng)用。

［1］許守平，侯朝勇，胡娟，汪奐伶. 大規(guī)模儲(chǔ)能用鋰離子電池管理系統(tǒng)［J］. 電力建設(shè)，2014，05：72-78.

［2］梁元聰. 汽車(chē)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)總體研究［J］. 中國(guó)集成電路，2014，06：75-80.

作者介紹

林可.男；1973年1月26日生；重慶市南岸區(qū)；碩士；工程師；研究方向是旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試；現(xiàn)從事工業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。現(xiàn)任職 中煤科工集團(tuán)重慶研究院 工業(yè)安全研究所系統(tǒng)室主任。

Intelligent monitoring system for new energy vehicle lithium ion battery

Lin Ke
（China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute ChongQing，400037）

With the development of new energy vehicles， lithium ion battery as a new environmental protection battery，is considered to be the main source of power and energy storage carrier，and frequent accidents such as battery spontaneous combustion fire caused great harm.Try this article on the basis of the characteristics of lithium ion batteries，lithium ion battery of new energy vehicles intelligent monitoring system for the related research and exploration.

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