摘要：目前，大部分新能源汽车使用锂电池组，特斯拉就是其中一个例子，作为一款新能源汽车，2016年第三季度在美国的销售额已经超过了传统车型(如奔驰S系列、宝马7系列等)。为保证便携设备的正常使用，有必要对其内置锂电池进行实时监控。基于DS2438电池监测芯片开发的锂电池监控装置能实现锂电池状态实时监测，状态异常时通过蜂鸣器自动报警。该装置通过STM32微控制器控制DS2438电池管理芯片及其相应的外围电路，实现对锂电池温度、电流、电压及剩余容量的测量，能将数据通过串口通信传输到PC机。 关键词：锂离子电池组；一致性监测；STM32；DS2438 引言 在环保要求不断提升的今天，驾乘电动汽车出行已经成为一种时代的趋势。锂离子电池电极由低密度的锂化合物和纯碳组成，所以很轻，比能量高。离子电池没有记忆效应，使得锂离子电池日常使用维护简便。但锂电池过放电时容易损坏，无法在较高温度环境下正常工作。锂电池已经成为便携式设备首选电源，随着便携式设备增多，对锂电池的需求量越来越大。对锂离子电池的监测可以确保锂电池在温度、电压、电流合适的情况下进行工作，所以对锂电池的监测很重要。本文通过软件和硬件两部分的设计分析设计出了监测锂电池的装置，有一定的实 际意义。 1锂电池组单体一致性评价的研究现状 锂电池组单体一致性评价的研究现状主要是：电化学的单体电池必须通过形成电池组来满足动力设备具体应用的需求，而成组电池系统区别于单体电池的关键问题就是电池组的一致性问题。成组电池的一致性问题导致的电池循环使用寿命缩短、能量效率降低以及过充放安全问题引起了广泛的重视。由于电池制造工艺水平等和国外有不少差距，因此我国很早就开始了电池组一致性的相关研究。而即使是一致性良好的电池组经过一段时间的使用，电池组的一致性也会越来越差导致一系列问题，随着对一致性的研究深入，国际上也开始重视一致性问题的研究。针对一致性的研究，可以分为针对初始状态的初始一致性研究和在使用过程中体现出来的二次一致性研究。初始一致性又称为一次一致性即锂电池组初始状态的一致性情况，主要应用于电池单体的成组选配，由电池的生产材料制造工艺以及电池自身老化情况决定。二次一致性研究评价主要是应用于电池使用过程中，供用户和电池管理系统日常维护和电池组均衡，主要是由电池组使用条件的不同所决定。电池组一致性是一个渐变的过程，目前对电池组一致性演变机理仍然处于定性解释阶段，一致性的演变机理和影响因素的分析研究可以用于指导电池组单体的筛选成组以及成组后的电池管理，而电池组通过均衡减 小不一致性的均衡策略是建立在一致性的演变机理基础上的。(1)电池组一致性评价方法研究：电池组一致性的评价基础是建立在单体状态的获得上，然而单体状态参数中单体容量、内阻、SOC的实时精确获得依然是国际研究热点和难点，因此基于单体容量差异、内阻差异、SOC差异的一致性评价方法则困难重重。而电池系统BMS的均衡策略必须是建立在电池组一致性的可靠评价的基础上的。(2)电池组一致性的应用研究：除了有应用于电池组的成组筛选和电池系统均衡，基于电池组一致性的演变机理和评价辨识方法选用电池组的选配方式和均衡策略。还有主要是应用于电池组的故障诊断，当电池组发生故障时，如果某单体相较于其他单体有较大的不一致性，可以通过一致性相关机理分析确定电池组问题产生的原因是由不一致性导致还是其他故障。目前，在电池实际生产中对锂离子电池一致性还没有具体统一的标准要求和表征。行业标准QC/T743－2006仅是提及用标准差δ来评价电池单体和电池组模块之间的一致性，而标准IEEE1625－2008也仅对电池生产过程的稳定性提出要求，间接提及生产过程对电池组一致性的影响，但未给出其评判标准。目前电池生产企业多采用某一荷电状态SOC下的开路电压OCV、某一放电倍率下的实际放电容量以及充放电曲线等指标来评价电池组的一致性。但是这种评价方法只能表征在特定条件下的电池组一致性，不能准确反映在其他电流和其他温度下以及不能预测锂电池充放电循环过程中的一致性演变情况。
2监测电池一致性的重要性
监测电池一致性的重要性主要是以下几个方面：首先是监测装置报警功能专家经过实验发现：正常使用维护的锂离子电池很难爆炸，只有全新的、充满电的锂离子电池才存在一定的爆炸风险。那些使用过一段时间的电池，其内部材料钝化，危险性降低。对全新小型电池进行击穿实验，并非每一个都会爆炸。但是为防止诸如三星手机电池爆炸小概率事件发生，有必要对使用的锂离子电池进行状态监测，及时察觉异常，预防电池爆炸，保护用户安全。其次是软件设计锂电池监控装置软件程序包含四个部分：电池管理芯片测试程序、报警程序、通信程序以及存储器读写程序。DS2438电池管理芯片测试程序实现对电池电流、温度、电压、剩余容量的测量，报警程序在异常情况时启动蜂鸣器报警，存储器读写程序实现对数据存取，通信程序实现STM32与上位机通信。
3基于电池电压的锂电池一致性评价
基于电池电压的锂电池一致性评价主要是：通过数据采集的各个电压单体值计算电池的电压平均值以及电压标准差，电池电压平均值能够显示电池组的整体电压的平均水平。电压标准差表示电池组中单体各个电压之间的离散程度。即电池组单体中电压标准差越小，各个电池单体的电压偏离程度越小，电池组单体的电压一致性越好，反之电压标准差越大，则电
池组中单体电池电压的偏离程度越大，电池组单体的电压一致性越差。
4电池的分选方法
首先是容量电池化成后，都会给电池完成一次恒流恒压充电（CCCV），使得电芯达到满充状态，然后在恒流放电（CC）至电池的截止电压，以该过程测量出的放电容量作为电池的标准分选容量。容量分选的目的就是为了挑出容量都相似的电芯组成电池组，特别是组成串联模块时，单体的容量要很接近。其次是直流内阻直流内阻是用直流方法在电池两端接入放电负载，记录电池放电前后的电压差和放电电流差异的比值，得出的计算内阻。电池从空载到突然放电，会由于电池内部的极化而产生一个电压降，并且这个电压降会随电流的变大而变大。极化的产生包括浓差极化、欧姆极化和电化学极化。欧姆极化是由于电子在经过类似极耳与集流体焊接等接触阻抗，还有活性物质、导电剂本身的固相阻抗和电解质的液相阻抗。
结束语
总之，在国内同类产品设计中使用DS2438比较少，监测装置使用该款芯片主要基于以下原因：它与手机、平板电脑等便携设备兼容性好；它内置电流、电压数模转换器，可以直接测电压、电流，可以间接测算剩余容量；它是一款贴装芯片，体积小，可以贴在待测电池
表面；它内置一个温度传感器，可以测量电池温度。STM32控制芯片是意法半导体公司产品，它与51单片机有很大区别。STM32属于官方固件库，程序编写方便，不需要查寄存器表；数据传输通过RS232，采用通用通信协议。电池超过50℃会启动蜂鸣器发出蜂鸣声，向用户报警。在之后研究中，准备在电路中加入充放电控制模块，使装置具有智能化特点。
参考文献
[1]汪永志，贝绍轶，汪伟，李波.基于粒子滤波算法的动电池SOC估计[J].机械设计与制造工程,2014
[2]陈邦华，赵德鹏.锂离子电池单体电池分类配组方法［P］.CN:201210297480.3.2012－08－21
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