5.4.1 锂离子电池管理与控制实验
1.实验目的
（1）了解锂电池管理系统的主要功能，掌握BMS控制器参数的设置方法。
（2）学习BMS的使用及调试过程，完成放电过程的实验测试。
BMS控制器放电实验视频
2.实验内容
（1）锂电池放电时，BMS保护控制实验。
（2）锂电池充电过程中电池状态监测实验。
3.实验设备及软件
本实验所需的主要设备包括BMS控制器、BMS调试器、电子负载、锂电池、上位机及BMS上位机控制软件，如表5-4所示。
表5-4 本实验所需的设备及软件
4.实验过程
1）设备连接
根据图5-27所示的实验系统架构，先将锂电池与BMS控制器连接，并用绝缘胶带将两个热敏电阻分别粘贴在电池两侧，以实现对锂电池温度的测量；将BMS控制板的J17接口与EV2400调试器的SMB端口连接，将EV2400调试器的USB端口与上位机连接，将BMS输出接口与电子负载连接；连接完成后，打开电子负载，等待设备启动完毕。
图5-27 放电过程锂电池BMS控制实验系统架构
（a）放电实验系统；（b）放电实验系统实物连接示意
2）放电过程测试
（1）按下BMS控制板上的【boot】键，激活控制板。然后，按下BMS控制板上的【LED Control】键。观察BMS控制板上LED灯的显示个数，确定电池电量可以完成实验过程，避免过放损伤电池。
（2）启动bqStudio软件。从上位机中打开BMS上位机控制软件，其界面如图5-28所示。
图5-28 BMS上位机控制软件bqStudio主界面
（3）设置电池保护参数。如图5-29所示，在“Data Memory”（数据寄存器）界面的“Protections”（保护设置）菜单中，设置单片低电压（cell under voltage，CUV）、单片过电压（cell over voltage，COV）、充电过流（over current charge，OCC）、放电过流（over current dischrage，OCD）保护参数。本示例中，根据所采用的锂电池参数，设置取值分别为：CUV＝3700 mV，COV＝4 300 mV，OCC＝26500 mA，OCD＝-32000 mA。设置完毕后，单击“Read All”按钮，确认设置成功。
图5-29 设置锂电池保护参数
（4）打开MOSFET场效应管。在“Advanced Comm SMB”界面的“Write Word”（写命令）文本框中，输入“001F”和“0020”，并单击“Write Word”按钮，分别打开充放电MOS管，如图5-30所示。设置完毕后，观察“Registers”界面中充放电MOSFET管的开关情况（绿色为关闭，红色为打开），确保对应的MOSFET管为红色，如图5-31所示。否则，重新执行写命令操作。
图5-30 高级通信设置界面
（5）选择需要保存的状态信息。单击“Registers”界面中的“Start Log”按钮，选择文件保存地址，并命名文件名称。然后，启动放电测试，并开始记录数据。实验过程中，注意观察电池SOC，以及每片电池间电压均衡等情况。
图5-31 充放电MOSFET管开关打开
（6）启动电子负载进行电流加载。在电子负载控制面板上，按【I-set】键设置恒流模式，并设置加载电流，本示例中设置为1 C倍率，即5.3 A。按【On／Off】键，启动加载；放电一段时间（如10 min）后，再次按【On／Off】键，停止电子负载加载。在“Registers”界面中观察电池电量和电压下降情况。
3）充电实验
首先，按照图5-32连接实验设备（即将图5-27中的电子负载换成可编程直流电源）；其次，执行以下操作流程。
图5-32 锂电池BMS实验系统实物连接图
（a）充电实验系统；（b）充电实验系统实物连接示意
（1）设置直流电源的输出电压为锂电池的充电截止电压，设置输出电流为锂电池的1 C倍率。本示例中，对于6 S锂电池可设置为25.2 V和5.3 A。然后，启动输出，即开始对锂电池充电。
（2）充电一段时间（如10 min）后，关闭直流电源，停止充电，并在“Registers”界面中观察电池电量和电压情况。
4）结束实验并检查数据
如图5-33所示，单击“Registers”界面中的“Stop Log”按钮，停止数据记录。浏览数据文件地址，打开记录数据，检查确认包含ElapsedTime、ExtAvgCellVolt、Current、Temperature四列数据。然后，提取该数据并处理。
图5-33 停止数据记录
5.讨论与思考
（1）如何确定锂电池的过流、过压、欠流、欠压保护参数？
（2）总结充电过程中每个电池片间的电压均衡情况，并讨论达到电池间均衡的工作原理。
（3）不改变电池串数（仍为6片），如何测试BMS的电压均衡功能？
（4）如何测试BMS的保护功能是否有效？请给出安全触发BMS保护功能的方案。