本發(fā)明屬于鋰電池組的均衡技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于FPGA控制的鐵鋰電池大電流均衡方法。

背景技術(shù)：

燃油汽車的發(fā)展造成了石油資源的巨大消耗，全球能源危機(jī)的不斷加深，同時(shí)加劇了溫室效應(yīng)和大氣污染的危害。世界上大多數(shù)國家、政府以及汽車企業(yè)都普遍認(rèn)識(shí)到節(jié)能減排是未來汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，而發(fā)展電動(dòng)汽車將是解決這個(gè)難點(diǎn)的最佳辦法。電動(dòng)汽車具有噪聲低，無尾氣排放、環(huán)境友好，熱效率高，排放低，可回收利用，改善能源結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。各汽車生產(chǎn)企業(yè)正積極研發(fā)電動(dòng)汽車，中國政府也在積極推廣電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車根據(jù)動(dòng)力源可以大致分為純電動(dòng)汽車，混合電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車。這些電動(dòng)汽車一般會(huì)配置電池作為儲(chǔ)能元件，特別是純電動(dòng)汽車中廣泛應(yīng)用多串電池作為動(dòng)力源。

鐵鋰電池以LiFePO4作為電池的正級，由鋁箔與其他正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極和負(fù)極隔開，鋰離子可以通過而電子不能通過，右邊是由碳組成的電池負(fù)極，由銅箔與電池的負(fù)極連接。電池的上下端之間是電池的電解液，電池由金屬外殼封閉封裝。鐵鋰電池由于其放電性能優(yōu)越，可以廣泛在動(dòng)力系統(tǒng)中應(yīng)用。

由于鐵鋰電池組的各個(gè)單體都是不同的個(gè)體，在生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)時(shí)間等因素導(dǎo)致電池性能指標(biāo)存在差別。雖然隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，出廠前，鐵鋰電池內(nèi)部之間的差別不斷縮小，但是使用過程中微弱的不一致性會(huì)隨著使用條件被不斷放大。這樣的不一致性將導(dǎo)致整組鐵鋰電池的容量與設(shè)計(jì)值偏差越來越大。在充電過程中，容量小的單體將首先被充滿，導(dǎo)致其他容量的電池不能獲得足夠的容量；在放電過程中，容量小的單體首先被放電到截止電壓，整組電池將停止放電。這樣的不一致性問題的存在，造成鐵鋰電池組的可用容量和使用壽命等方面遠(yuǎn)不及單體電池，并且加大了對電池進(jìn)行管理和控制的難度。實(shí)踐表明，當(dāng)電池組的一致性問題發(fā)展到個(gè)別電池發(fā)生容量大幅減小，內(nèi)阻顯著提高等情況時(shí)，整組電池的性能會(huì)在短時(shí)間快速惡化，從而使整個(gè)電池組報(bào)廢。

為了解決鐵鋰電池組不一致性問題，人們提出了鐵鋰電池的均衡技術(shù)。均衡管理的主要內(nèi)容是檢測鐵鋰電池組的電壓，電流等參數(shù)，對這些參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，分析電池的一致性，通過控制裝置對能量體高的單體進(jìn)行放電，使各個(gè)單體的狀態(tài)趨于一致。通過有效的均衡控制策略和均衡電路可以改善電池組的一致性問題，能夠延長電池組的壽命，降低電池組的維護(hù)成本，使安全高效智能使用的電動(dòng)汽車獲得推廣。

目前通用的均衡方法是對每個(gè)鐵鋰電池配置一個(gè)放電電阻，通過檢查每個(gè)單體的電壓，對單體比較高的單體通過自己對應(yīng)的放電電阻進(jìn)行放電。當(dāng)鐵鋰電池容量比較大時(shí)，該放電電阻放電電流將很難滿足快速均衡的要求。如果將每個(gè)鐵鋰電池對應(yīng)的放電電阻功率變大，其體積和散熱將面對新的挑戰(zhàn)，現(xiàn)有采用電阻均衡的方法很少有大電流均衡的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于FPGA控制的鐵鋰電池大電流均衡方法。

具體步驟為：

(1)設(shè)置一套鐵鋰電池控制系統(tǒng)，包括鐵鋰電池組、大電流放電電阻、鐵鋰電池電壓檢測模塊、FPGA控制器和保護(hù)裝置，其中鐵鋰電池組包括至少二個(gè)串聯(lián)的鐵鋰電池，每個(gè)鐵鋰電池均對應(yīng)一個(gè)第一接觸器和一個(gè)第二接觸器；每個(gè)鐵鋰電池的正極通過其對應(yīng)的第一接觸器連接于大電流放電電阻的第一端，每個(gè)鐵鋰電池的負(fù)極通過其對應(yīng)的第二接觸器連接于大電流放電電阻的第二端；鐵鋰電池的正極和負(fù)極與鐵鋰電池電壓檢測模塊能夠通電地相連接；FPGA控制器包括CAN端子和控制端子，CAN端子與鐵鋰電池電壓檢測模塊接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接；FPGA控制器控制鐵鋰電池對應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器導(dǎo)通時(shí)，鐵鋰電池與大電流放電電阻并聯(lián)，同一時(shí)刻只有一個(gè)鐵鋰電池與大電流放電電阻并聯(lián)；保護(hù)裝置包括直流接觸器和自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，直流接觸器和自恢復(fù)保險(xiǎn)絲串聯(lián)在一起后連接于鐵鋰電池組的負(fù)極。

所述鐵鋰電池為基本鐵鋰電池單元即單體鐵鋰電池或者由多個(gè)基本鐵鋰電池單元并聯(lián)組成的鐵鋰電池磚。

(2)步驟(1)設(shè)置的鐵鋰電池控制系統(tǒng)按照以下步驟運(yùn)行：

a. FPGA控制器與鐵鋰電池電壓檢測模塊通信，獲得每個(gè)鐵鋰電池的電壓。

b. FPGA控制器根據(jù)獲得的N個(gè)鐵鋰電池電壓，找出電壓值最大的鐵鋰電池，其中N大于等于2。

c. FPGA控制器求出所有鐵鋰電池的平均電壓。

d. 當(dāng)電壓值最大的鐵鋰電池與所有鐵鋰電池平均電壓偏差大于一設(shè)定閥值時(shí)跳入步驟e，否則回到步驟a。

e. FPGA控制器通過控制電壓最大的鐵鋰電池對應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器使電壓最大的鐵鋰電池與大電流放電電阻并聯(lián)，對鐵鋰電池進(jìn)行放電。

f. 等待設(shè)定的時(shí)間T，F(xiàn)PGA控制器通過控制端子斷開所有接觸器開關(guān)，程序返回步驟a。

(3)完成步驟(2)即實(shí)現(xiàn)基于FPGA控制的鐵鋰電池大電流均衡。

本發(fā)明使用一套鐵鋰電池控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括鐵鋰電池的充放電均衡裝置，使鐵鋰電池系統(tǒng)在充放電過程中得到有效的管理和均衡，以提高鐵鋰電池系統(tǒng)的能效和使用壽命，并降低鐵鋰電系統(tǒng)的維護(hù)成本。本發(fā)明方法中采用FPGA作為主要均衡控制器，提高控制速度與穩(wěn)定性。本發(fā)明方法中采用接觸器矩陣方式，實(shí)現(xiàn)對鐵鋰電池的大電流放電，以提高均衡的可靠性，并實(shí)現(xiàn)大電流放電。本發(fā)明方法操作簡單，安全可靠，均衡效果好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中使用的鐵鋰電池控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例充放電過程中的均衡控制方法流程圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實(shí)施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見的變型。在以下描述中界定的本發(fā)明的基本原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施方案、變形方案、改進(jìn)方案、等同方案以及沒有背離本發(fā)明的精神和范圍的其他技術(shù)方案。

如圖1所示，一種基于FPGA控制的鐵鋰電池大電流均衡方法，具體步驟為：

(1)設(shè)置一套鐵鋰電池控制系統(tǒng)，包括鐵鋰電池組、大電流放電電阻R（自帶散熱器的大功率電阻）、鐵鋰電池電壓檢測模塊、FPGA控制器和保護(hù)裝置，其中鐵鋰電池組包括至少二個(gè)串聯(lián)的鐵鋰電池，每個(gè)鐵鋰電池均對應(yīng)一個(gè)第一接觸器和一個(gè)第二接觸器；每個(gè)鐵鋰電池的正極通過其對應(yīng)的第一接觸器連接于大電流放電電阻R的第一端，每個(gè)鐵鋰電池的負(fù)極通過其對應(yīng)的第二接觸器連接于大電流放電電阻R的第二端；鐵鋰電池的正極和負(fù)極與鐵鋰電池電壓檢測模塊能夠通電地相連接；FPGA控制器包括CAN端子和控制端子，CAN端子與鐵鋰電池電壓檢測模塊接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接；FPGA控制器控制鐵鋰電池對應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器導(dǎo)通時(shí)，鐵鋰電池與大電流放電電阻R并聯(lián)，同一時(shí)刻只有一個(gè)鐵鋰電池與大電流放電電阻R并聯(lián)；保護(hù)裝置包括直流接觸器和自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，直流接觸器和自恢復(fù)保險(xiǎn)絲串聯(lián)在一起后連接于鐵鋰電池組的負(fù)極。

所述鐵鋰電池為基本鐵鋰電池單元即單體鐵鋰電池。

均衡對象鐵鋰電池1的負(fù)極與均衡對象鐵鋰電池2的正極連接，所述均衡對象鐵鋰電池2的負(fù)極與均衡對象鐵鋰電池3的正極連接，依次串聯(lián)各個(gè)均衡對象鐵鋰電池，直到均衡對象鐵鋰電池N-1的負(fù)極與均衡對象鐵鋰電池N的正極連接，所有鐵鋰電池依次串聯(lián)組成鐵鋰電池組，在所述鐵鋰電池組中，所述均衡對象鐵鋰電池1的正極為所述鐵鋰電池組的正極，所述均衡對象鐵鋰電池N的負(fù)極為所述鐵鋰電池組的負(fù)極。

每個(gè)所述均衡對象鐵鋰電池的正極通過對應(yīng)的所述第一接觸器與所述大電流放電電阻R的第一端連接，每個(gè)所述均衡對象鐵鋰電池的負(fù)極通過對應(yīng)的所述第二接觸器與所述大電流放電電阻R的第二端連接，所述第一接觸器和所述第二接觸器的控制端子K并聯(lián)后與所述FPGA控制器的控制端子連接。

每個(gè)所述第一接觸器的D1端子與所述均衡對象鐵鋰電池的正極連接，D2端子與所述大電流放電電阻R的第一端連接，控制端子K與FPGA控制端子連接。

每個(gè)所述第二接觸器的D1端子與所述均衡對象鐵鋰電池的負(fù)極連接，D2端子與所述大電流放電電阻R的第二端連接，控制端子K與FPGA控制端子連接。

所述鐵鋰電池電壓檢測模塊與所述鐵鋰電池的正極和負(fù)極能夠通電相連接，用于檢測每個(gè)鐵鋰電池的電壓；通過CAN總線與所述的FPGA控制器鏈接，向FPGA控制器發(fā)送所檢測的電壓信號(hào)。

(2)如圖2所示，步驟(1)設(shè)置的鐵鋰電池控制系統(tǒng)按照以下步驟運(yùn)行：

a. FPGA控制器與鐵鋰電池電壓檢測模塊通信，獲得每個(gè)鐵鋰電池的電壓。

b. FPGA控制器根據(jù)獲得的N個(gè)鐵鋰電池電壓，找出電壓值最大的鐵鋰電池，其中N大于等于2。

c. FPGA控制器求出所有鐵鋰電池的平均電壓。

d. 當(dāng)電壓值最大的鐵鋰電池與所有鐵鋰電池平均電壓偏差大于一設(shè)定閥值時(shí)跳入步驟e，否則回到步驟a。

e. FPGA控制器通過控制電壓最大的鐵鋰電池對應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器使電壓最大的鐵鋰電池與大電流放電電阻R并聯(lián)，對鐵鋰電池進(jìn)行放電。

f. 等待設(shè)定的時(shí)間T，F(xiàn)PGA控制器通過控制端子斷開所有接觸器開關(guān)，程序返回步驟a。

(3)完成步驟(2)即實(shí)現(xiàn)基于FPGA控制的鐵鋰電池大電流均衡。