锂离子电池组专家诊断系统的研究

　　随着国家经济的不断发展，对能源、电力、交通、通信、环保等领域现代化要求也在不断提高。作为后备能源的蓄电池系统正在被大量使用，对所有不允许断电的供电电源系统来说，蓄电池组都是一个不可缺少的后备电源系统。而且，蓄电池系统在各行业中应用越来越广泛。蓄电池运行状态是否正常，直接影响着应用领域中各种设备的正常、可靠和安全运行。特别是无人值守的现场及电子商务中心、银行的后备电池就显得尤为重要。

　　经测试及优选分组的电池组中的各个单体电池之间仍然存在性能差异，这些差异在电池的长期运行过程中因环境的微小差别(如温度差)能够不同程度地产生新的差异。经过长期运行，个别电池性能明显下降，严重影响电池组性能，甚至造成事故，需要早期诊断出单电池的性能下降和早期故障。另外，单电池的性能下降及故障会降低电池组的SOC(荷电状态)值，因为性能差的一个单体电池的电量决定了整个电池组的荷电状态。一个电池组一般是由数个单体电池或电池模块串联组成;性能落后的单体电池可能会使整个电池组提前终止放电。因而需要配备电池故障早期诊断专家系统。通过诊断系统能实现电池故障和隐患的早期预报，从而能有效地增加电动车电池组的续驶里程及无故障工作时间，使维护工作量降到最低，由此保证了电动车能可靠运行。

　　(3)过充和过放时最大电压、电流、温度的记录;

　　(6)最近10个周期内小电流充电时电压差别;

　　(7)自放电时间间隔;

　　(8)上一次诊断的健康程度(SOH)结果。

　　在系统运行的第一次，对历史档案进行初始化。初始化的原则是除了一些已知的基本参数外，其他部分都设置为最佳状态。在以后的运行过程中，系统自动地把与电池有关的重大事件记录下来，对历史档案进行修改。如果电池组中的某一个电池被撤换下来，则应对刚换上的电池的历史档案进行初始化。对历史档案中的使用总安时数、总充放电周期数、过充、过放及充电不足等影响电池健康和使用寿命的记录采用长期记忆并进行累加的办法;对于另外表现性能的历史数据则采用定期刷新的方法。

　　历史档案的具体实现方案是：在系统中采用长期记忆芯片EEPROM来保存历史数据，同时在系统中加一个时钟电路和一个供电电池为历史数据提供时间信息。

　　3.5 故障定义及处理流程

　　本系统采用四级故障报警定义，分别为一级温差故障，温度极高故障，单体电压极高故障;二三四级温差故障，压差故障，温度过高故障，单体电压极高故障，单体电压过低故障。

　　当系统上电后，电池组数据采集系统会在电池组充放电过程中，每隔一定时间循环采集电池组单体的电压，温度等信息。当发生故障时记录并标定故障单体序号。当标定序号单体的故障次数累计到一定数量时，调用规则库对电池性能进行评定，同时将评定结果记录到该单体的历史档案中。

　　4 实验结果与分析

　　本实验采用的锂离子电池组模块为电动汽车用电池组模块，采用磷酸铁锂电池组，单机模块系统由12节30Ah单体电池串联而成。电池组模块装配有电池管理数据采集模块，模块通过CAN总线将采集数据进行传输。经过CAN232接口转换，将数据由CAN数据帧转换成PC机能够识别的格式，通过RS232接口传递给上位机人机交互界面进行显示。系统连接如图3所示。

　　图4为实际对一组电池组进行若干次充放电循环后采集到的数据。由于电池单体间的差异，7号单体端电压与其他单体的差距较大，已经发生了二级压差故障和单体电压过低故障报警。