CN106208235A - 一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法，适用于任意一个由若干锂电池组成的电池组。为每个单体电池连接一个采集均衡电路板，各个采集均衡电路板通过串行菊花链的方式串行级联，并与控制板连接。预先设置允许均衡的电压范围，且当电池组内单体电池的最高和最低电压差大于500mV时，不允许执行均衡功能。同时，设置电压差在50‑500mV范围时，均衡功能按照对应的线性比例采用相应的均衡电流。电池组开始充电后，即刻开始实时检测采集电池组中各个单体电池的电压，当检测到某一单体电池的电压高于电池组的平均电压，并达到允许均衡的电压范围，则启动对该单体电池的均衡功能；当该单体电池的电压等于平均电压时，则停止均衡功能。

Description

一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法
技术领域
本发明属于电池充放电管理领域，特别涉及一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法。
背景技术
随着锂电池的生产制造技术越来越成熟、制造成本越来越低，数据中心的备源系统开始不断增加锂电池的使用，从而代替传统的铅酸电池。在锂电池的制造过程中，由于工艺问题或材质的不均匀，使电池极性的厚度、活性物质的活化程度等存在微小的差别，这种电池内部结构和材质上的不完全一致性，就会使同一批次出厂的同一型号的电池在容量、内阻、电压等方面不可能完全一致。在使用过程中，由于电池组中各个电池的温度，通风条件，自放电程度，电解液密度等差别的影响，进一步增加了电池电压，内阻及容量等的不一致。直接的表现就是一套电池组中的不同单体电池会在使用过程中出现一致性逐渐变差的情况，单体电压差别较大，最终导致电池容量下降严重。
电池在打包成组之后电池寿命远低于单体电池寿命，电池个体之间存在差异，充电时，容量最小的容易过充，放电时，容量小的容易过放，造成整体电池组性能下降，进入恶性循环。
发明内容
本发明意在提供一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法，通过被动均衡，使电池组内各个电池同步充电和放电，保持电池组整体性能稳定。
所述一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法，包括若干锂电池组成电池组，其特征在于，还包括控制板和若干采集均衡电路板；每一节单体电池组连接一个采集均衡电路板，对单体电池的数据进行采集并执行均衡管理；各个采集均衡电路板通过控制线与控制板连接，受控制板控制。
所述各个采集均衡电路板通过串行菊花链的方式串行级联，每一级数据上传到前一级，逐级上传，所有数据最终传到控制板，完成每一级电池包的数据获取。所述控制板采用32位Cortex32构架的MCU，与采集均衡电路隔离连接，通过控制时序对电池组进行管理和采集。
进一步，预先设置单体电池的允许均衡的电压范围，铁锂电池范围为3.4-3.65V，三元电池的范围为3.9-4.15V，当单体电池电压不在此范围内，不允许执行均衡功能；同时，设置当电池组内各个单体电池的最高和最低电压差大于500mV时，判定为有单体电池损坏，不允许执行均衡功能。
具体步骤包括：
第一步，电池组开始充电后，即刻开始实时检测采集电池组中各个单体电池的电压；
第二步，当检测到某一单体电池的电压高于电池组的平均电压，并且该单体电池的电压达到允许均衡的电压范围，则启动对该单体电池的均衡功能；
第三步，当该单体电池的电压等于电池组的平均电压时，则停止均衡功能；
第四步，当检测到电池组中各个单体电池的最高电压和最低电压的差大于500mV时，无论是否有单体电池在进行均衡功能，均停止所有的均衡功能，并不允许再执行均衡功能，同时，发出电池故障信号。
所述，某一单体电池的电压与电池组的平均电压的电压差在50-500mV范围时，所述均衡功能按照下列对应的线性比例采用相应的均衡电流：电压压差是50-75mV，均衡电流为12.5uA；电压压差是76-100mV，均衡电流为25uA；电压压差是100-150mV，均衡电流为50uA；电压压差是150-200mV，均衡电流为75uA；电压压差是200-500mV，均衡电流为100uA。
所述均衡功能通过均衡电路实现，均衡电路为被动均衡方式，即在每个采集均衡电路板设置N-MOSFET管，控制功率电阻是否导通，当导通后，电阻接入电池正负极两端，开始为电池放电，即开启均衡功能。
所述采集均衡电路板设置N-MOSFET管源极与电压比较器连接，通过电压比较，判断N-MOSFET管源极是否有电压使其导通，并发出均衡功能是否开启的信号。
所述均衡电路由集成电路，N-MOSFET管，能耗电阻，栅极电阻构成；栅极电阻一端与N-MOSFET管的栅极连接，另一端连接集成电路的控制端口；能耗电阻一端与N-MOSFET管的漏极连接，另一端与电池正极连接；N-MOSFET管源极与电池负极连接，通过集成电路的控制端口的电平信号来使能均衡电路。
本发明通过实时的检测和采集串联锂电池组的充电电流、锂电池电压及锂电池温度等信息，实现对充电锂电池组的电荷量及电池健康状态实时监控。系统不仅可以实现对串联锂电池组快速均衡、高效率充电的效果，而且具有结构简单，易于实现、可靠性强的特点，有效的延长锂电池的使用寿命。
附图说明
图1控制板与采集均衡电路板连接示意图
图2被动均衡电路示意图
图3绝缘检测均衡步骤流程图
具体实施方式
图1-3为本发明的一种优选实施例，所述一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法，适用于任意一个由若干锂电池组成电池组，每一节单体电池连接一个采集均衡电路板，各个采集均衡电路板通过串行菊花链的方式串行级联，并与控制板连接，受控制板控制。控制板采用32位Cortex32构架的MCU，通过控制线与采集均衡电路隔离连接，并通过控制时序对电池组进行管理和采集。所述每一节电池的数据上传到前一级，逐级上传，所有数据最终传到控制板，完成电池组的数据获取。
所述采集均衡电路板设置N-MOSFET管1源极与电压比较器4连接，通过电压比较4，判断N-MOSFET管源极是否有电压使其导通，并发出均衡功能是否开启的信号。
所述均衡电路由集成电路，N-MOSFET管1，能耗电阻2，栅极电阻3构成；栅极电阻3一端与N-MOSFET管1的栅极连接，另一端连接集成电路的控制端口；能耗电阻2一端与N-MOSFET管1的漏极连接，另一端与电池正极连接；N-MOSFET管1源极与电池负极连接，通过集成电路的控制端口的电平信号来使能均衡电路。
所述均衡方法，预先设置单体电池的允许均衡的电压范围，当单体电池电压不在此范围内，不允许执行均衡功能；同时，设置当电池组内各个单体电池的最高和最低电压差大于500mV时，判定为有单体电池损坏，不允许执行均衡功能。同时设置电压差在50-500mV范围时，均衡功能按照对应的线性比例采用相应的均衡电流：电压压差是50-75mV，均衡电流为12.5uA；电压压差是76-100mV，均衡电流为25uA；电压压差是100-150mV，均衡电流为50uA；电压压差是150-200mV，均衡电流为75uA；电压压差是200-500mV，均衡电流为100uA。
具体步骤包括：
第一步，电池组开始充电后，即刻开始实时检测采集电池组中各个单体电池的电压；
第二步，当检测到某一单体电池的电压高于电池组的平均电压，并且该单体电池的电压达到允许均衡的电压范围，则启动对该单体电池的均衡功能；
第三步，当该单体电池的电压等于电池组的平均电压时，则停止均衡功能；
第四步，当检测到电池组中各个单体电池的最高电压和最低电压的差大于500mV时，无论是否有单体电池在进行均衡功能，均停止所有的均衡功能，并不允许再执行均衡功能，同时，发出电池故障信号。

Claims (5)

1.一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法，包括若干锂电池组成电池组，其特征在于，还包括控制板和若干采集均衡电路板；每一节单体电池连接一个采集均衡电路板，对单体电池的数据进行采集并执行均衡管理；各个采集均衡电路板通过控制线与控制板连接，受控制板控制；各个采集均衡电路板通过串行菊花链的方式串行级联，每一级数据上传到前一级，逐级上传，所有数据最终传到控制板，完成每一级电池包的数据获取；
预先设置单体电池的允许均衡的电压范围，铁锂电池范围为3.4-3.65V，三元电池的范围为3.9-4.15V，当单体电池电压不在此范围内，不允许执行均衡功能；同时，设置当电池组内各个单体电池的最高和最低电压差大于500mV时，判定为有单体电池损坏，不允许执行均衡功能；
具体步骤包括：
第一步，电池组开始充电后，即刻开始实时检测采集电池组中各个单体电池的电压；
第二步，当检测到某一单体电池的电压高于电池组的平均电压，并且该单体电池的电压达到允许均衡的电压范围，则启动对该单体电池的均衡功能；
第三步，当该单体电池的电压等于电池组的平均电压时，则停止均衡功能；
第四步，当检测到电池组中各个单体电池的最高电压和最低电压的差大于500mV时，无论是否有单体电池在进行均衡功能，均停止所有的均衡功能，并不允许再执行均衡功能，同时，发出电池故障信号。
2.根据权利要求1所述一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法，其特征在于，某一单体电池的电压与电池组的平均电压的电压差在50-500mV范围时，所述均衡功能按照下列对应的线性比例采用相应的均衡电流：电压压差是50-75mV，均衡电流为12.5uA；电压压差是76-100mV，均衡电流为25uA；电压压差是100-150mV，均衡电流为50uA；电压压差是150-200mV，均衡电流为75uA；电压压差是200-500mV，均衡电流为100uA。
3.根据权利要求2所述一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法，其特征在于，所述均衡功能通过均衡电路实现，均衡电路为被动均衡方式，即在每个采集均衡电路板设置N-MOSFET管，控制功率电阻是否导通，当导通后，电阻接入电池正负极两端，开始为电池放电，即开启均衡功能。
4.根据权利要求3所述一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法，其特征在于，所述采集均衡电路板设置N-MOSFET管源极与电压比较器连接，通过电压比较，判断N-MOSFET管源极是否有电压使其导通，并发出均衡功能是否开启的信号。
5.根据权利要求4所述一种锂电池充电被动均衡的预测控制方法，其特征在于，均衡电路由集成电路，N-MOSFET管，能耗电阻，栅极电阻构成；栅极电阻一端与N-MOSFET管的栅极连接，另一端连接集成电路的控制端口；能耗电阻一端与N-MOSFET管的漏极连接，另一端与电池正极连接；N-MOSFET管源极与电池负极连接，通过集成电路的控制端口的电平信号来使能均衡电路。
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