一种新型动力电池状态监测系统设计

在电动汽车中，动力电池作为动力能源之一， 其直接影响着电动汽车的起动、加速、行驶里程等多项性能，而它的状态信息是整车能量管理系统进行动力分配以及电池管理的一个重要依据，准确的电池状态信息对电池的高效管理和整车性能提高有 着重要意义。因此，对动力电池进行便捷性自动监测是电动汽车研发的重要环节。同时随着 LabVIEW的发展，其流程图的图形化编程方式及多线程运行控制等技术，为动力电池监测系统提供了良好的软件开发平台。相较于仪器直接测量的单一不便性，本文利用计算机代替仪器操作，并利用LabVIEW的高精度采集和直观显示功能，基于GPIB协议和相应的硬件，设计一种新型的动力电池状态监测系统，实现便捷地对动力电池动态参数进行监控和显示。为实现对电池状态参数的有效测量，构建了如图 1 所示的系统硬件框图。系统硬件结构包含锂离子动力电池组模块、万用表模块、电源模块、电子负载模块、GPIB采集控制器和人交互平台。GPIB采集控制器内包含 IEEE488协议，将其接在计算机上，通过人机交互平台可实时控制GPIB 仪器和多台仪器。GPIB 数据记录在计算机的硬盘上，也可同时记录在 SD卡上。在GPIB采集控制器内设置了电池温度传感器，可测得电池实时温度变化。

图 1 系统硬件框图

试验时，将 GPIB 采集控制器与万用表、电源和上位机相连接。当对动力电池充电时，万用表会实时显示电压，电源设备同时显示电压和电流，需要时可对电池进行小功率放电GPIB采集控制器根据 IEEE488 协议将数据传输给上位机。当对电池放电，电子负载可通过GPIB协议进行传输，也可通过自身的串口将数据传递到上位机 上位机经过处理并及时显示出电池的电压、电流等参数及其曲线波形图，温度传感器也会对动力电池进行温度测量并传递到上位机。电池状态监测系统是基于GPIB 总线的 LabVIEW 程序设计完成。监测系统试验平台如图 2所示。最上方为人机交互平台，下方左侧为功能型万用表，右侧为锂离子动力电池组，再往下依次是电源和电子负载。

图2 监测系统试验平台

LabVIEW 前面板即人机交互界面，如图3所示。界面能实时显示电池的动态信息，并控制程序的运行。前面板分为3个模块，分别为动力电池电压和电流采集显示模块、温度采集模块以及电流积分模块。当点击运行，系统会自动读取仪器型号并显示，进入默认状态。不同布尔对应不同的测试需求，例如点击 “SOC”布尔，系统自动对采集的电流进行积分计算，并显示出实时数值。

所有程序的运行，包括电压、电流、温度、SOC 的数据采集分析，都在一个while循环体中，可以不断运行显示，直到点击 “退出”布尔，程序将停止运行。在连接GPIB采集控制器和计算机时，偶尔会出现未能连上的情况，此时可以通过该采集控制器本身携带的串口接收发送窗口进行数据发送和接收的调试。对于现代的GPIB仪器，多数均支持SCPI语言，它的好处是对不同的仪器，命令基本是一样的，这也是设计 SCPI 命令的原因。一般程控仪器都有自身的命令集，可以从其说明文件中找到。

图 3 前面板界面显示

在对现有电池管理系统和动力电池测量的方法进行分析的基础上，设计出一种新型的动力电池状态监测系统。系统将GPIB采集控制器和温度传感器配合使用， 结合其他相应的硬件，通过GPIB总线实现数据采集和记录，并将采集到的数据发送到上位机监测软件。利用 LabVIEW 编写动力电池电压、电流、温度数据的采集显示程序，实现了与GPIB采集控制器的数据传递。设计能将关注的信息集合显示在一个界面上，实现了对电池电压、电流、温度和SOC值等状态参数的实时动态监测，并能对电池充放电参数进行分析及控制。多次测试试验表明，所设计的监测系统稳定，采样精确，能够准确地对动力电池进行实时动态监控。