太陽(yáng)能發(fā)電用的鋰電池恒流恒壓充電控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種太陽(yáng)能發(fā)電用的鋰電池恒流恒壓充電控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國(guó)，鋰離子電池組及其控制、管理系統(tǒng)已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。鋰離子電池代表了儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展方向，它具有輕重量、體積小、無(wú)記憶效應(yīng)、適應(yīng)溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是主流應(yīng)用的鎘鎳、氫鎳電池的替代產(chǎn)品。在采用鎘鎳、氫鎳電池的電能存儲(chǔ)系統(tǒng)中，基本上都采用恒流充電方式。由于鋰電池的過(guò)充電和過(guò)放電具有潛在的危險(xiǎn)，因此，結(jié)合鋰離子電池特性選擇一種合適、高效的充電方式，能夠使蓄電池具備穩(wěn)定、良好的工作狀態(tài)，從而確保電能存儲(chǔ)系統(tǒng)安全可靠地工作。從鋰離子電池多年發(fā)展來(lái)看，恒流恒壓充電控制是最普遍、最適合采用的充電控制方式。
[0003]目前，應(yīng)用于電能存儲(chǔ)系統(tǒng)的鋰離子電池恒流恒壓充電裝置多采用硬件恒流恒壓控制方法，或是軟件控制恒流恒壓充電與硬件恒流恒壓控制方法二者互為備份。其中，軟件控制方式多采用采集反饋電流大小和蓄電池單體電壓情況，調(diào)整充電電流大小的方法實(shí)現(xiàn)恒流恒壓充電。但是，電池電壓的變化是緩慢的過(guò)程，而且鋰離子電池禁止過(guò)充過(guò)放，所以，在調(diào)整充電電流之后，需要給蓄電池充分的時(shí)間，待其電壓穩(wěn)定后，再根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)繼續(xù)調(diào)整充電電流。以上描述的軟件控制蓄電池恒流恒壓充電的方法需要通過(guò)狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，狀態(tài)機(jī)思想在蓄電池充電控制上的應(yīng)用更能契合鋰離子蓄電池特性。
[0004]結(jié)合電池緩慢變化的特性，以及鋰電池禁止過(guò)充過(guò)放的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)正在逐步開(kāi)展的軟件控制鋰電池充電方面的研究較少?gòu)?qiáng)調(diào)軟件架構(gòu)和思路與電池特性匹配之間的重要性。國(guó)內(nèi)關(guān)于蓄電池的軟件控制算法方面的研究逐漸趨于完善，但是關(guān)于控制的可靠性方面的研究并不多見(jiàn)?？煽啃愿遣蝗莺鲆暤膯?wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種太陽(yáng)能發(fā)電用的鋰電池恒流恒壓充電控制方法。該太陽(yáng)能發(fā)電用的鋰電池恒流恒壓充電控制方法以狀態(tài)機(jī)原理為基礎(chǔ)，提高控制過(guò)程的積極性。
[0006]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種太陽(yáng)能發(fā)電用的鋰電池恒流恒壓充電控制方法，至少包括如下步驟:
[0008]步驟101、將BEA信號(hào)初始化至C;其中:C為一個(gè)常數(shù)；
[0009]步驟102、采集方陣電流、負(fù)載電流、以及放電電流；當(dāng)方陣電流大于負(fù)載電流時(shí)，則太陽(yáng)能發(fā)電處于光照期，進(jìn)而執(zhí)行步驟1021;當(dāng)方陣電流不大于負(fù)載電流、且放電電流大于2A時(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電處于地影期，進(jìn)而執(zhí)行步驟1022;
[0010]步驟1021、首先采用恒流充電的方式對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，當(dāng)鋰電池的電壓達(dá)到恒壓充電閾值時(shí)，然后每隔時(shí)間t后將BEA信號(hào)遞減Ac;其中:Ac為遞減常數(shù);且nX Ac = C;其中:η為大于2的自然數(shù);最后根據(jù)BEA信號(hào)對(duì)鋰電池的充電電流進(jìn)行控制；
[0011]步驟1022、每隔時(shí)間t后將BEA信號(hào)遞減Ac;其中:Ac為遞減常數(shù);且nX Ac = C;其中:η為大于2的自然數(shù);然后根據(jù)BEA信號(hào)對(duì)鋰電池的充電電流進(jìn)行控制。
[0012]進(jìn)一步:所述C = 0.8V。
[0013]更進(jìn)一步:所述n = 4。
[0014]更進(jìn)一步:所述AC = 0.2V。
[0015]更進(jìn)一步:所述恒壓充電閾值為35.5V。
[0016]更進(jìn)一步:所述時(shí)間t為5分鐘。
[0017]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0018]1、本發(fā)明將狀態(tài)機(jī)思想應(yīng)用在鋰電池恒流恒壓充電的控制方法中。不僅提高了鋰電池的利用效率，而且增加了電子系統(tǒng)的可靠性。
[0019]2、本發(fā)明提供了一種電源下位機(jī)的解決方案，所涉及的以DSP為核心的數(shù)字平臺(tái)系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集和處理、模擬量輸出、指令輸出等功能；同時(shí)介紹了鋰離子蓄電池恒流恒壓充電的控制方法在下位機(jī)軟件中是如何實(shí)現(xiàn)的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本專(zhuān)利闡述的內(nèi)容，搭建類(lèi)似的數(shù)字平臺(tái)，并且掌握和充電相關(guān)的控制算法在電源下位機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法和過(guò)程。
[0020]3、本發(fā)明涉及的數(shù)字平臺(tái)系統(tǒng)的主芯片TMS320F2812運(yùn)行速度快，集成度高，是一款適用于工業(yè)控制的CPU。結(jié)合鋰離子電池嚴(yán)禁過(guò)充電的特點(diǎn)，本發(fā)明涉及的以DSP為核心的數(shù)字平臺(tái)系統(tǒng)可以快速捕捉到蓄電池電壓和相關(guān)參數(shù)的變化，為電源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制提供了有力保障。
[0021]4、本發(fā)明闡述的軟件控制充電方法中涉及的狀態(tài)機(jī)思想廣泛適用于任何使用鋰電池作為儲(chǔ)能電源的電子系統(tǒng)場(chǎng)合，結(jié)合鋰電池性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn)，本發(fā)明擁有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
:
[0022]圖1為本發(fā)明采用的以DSP為主芯片的控制系統(tǒng)框圖。
[0023]圖2是在BEA控制下充電過(guò)程的曲線(xiàn)。
[0024]圖3是恒流恒壓充電方法軟件流程圖。
[0025]圖4是BEA信號(hào)的狀態(tài)變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0027]本發(fā)明以衛(wèi)星電源系統(tǒng)的蓄電池恒流恒壓充電為例，需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明涉及的控制充電的方法絕不僅限于衛(wèi)星電子系統(tǒng)，廣泛適用于任何使用鋰電池作為儲(chǔ)能電源的電子系統(tǒng)場(chǎng)合。
[0028]本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容是:
[0029]硬件部分，請(qǐng)參閱圖1，電源系統(tǒng)由三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣、鋰離子蓄電池組、電源控制器三部分組成。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用充放電、分流一體化的BCDSR系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要包括蓄電池充電控制、蓄電池放電調(diào)節(jié)以及太陽(yáng)電池陣分流調(diào)節(jié)等功能。BCDSR模塊在蓄電池誤差放大器、母線(xiàn)誤差放大器和模塊控制單元的控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)電池電流的分流、蓄電池的充放電自動(dòng)控制。
[0030]針對(duì)鋰離子蓄電池的充電特點(diǎn)，需要在傳統(tǒng)充電設(shè)置電路的基礎(chǔ)上增加電池誤差放大器電路(BEA)，以實(shí)現(xiàn)硬件控制的限流-恒壓控制充電方式。BEA形成蓄電池充電電流和充電電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)控制信號(hào)。電池誤差放大器電路(BEA)主要包括三個(gè)通路，一個(gè)是母線(xiàn)調(diào)壓控制通路，一個(gè)是恒壓控制通路，另一個(gè)是恒流控制通路，輸出BEA信號(hào)控制充電電路工作，完成蓄電池組恒流-恒壓充電功能。
[0031]充電開(kāi)始時(shí)，如果電源系統(tǒng)功率不滿(mǎn)足充電功率要求時(shí)，充電分流電路首先滿(mǎn)足系統(tǒng)功率，再將多余的電流用于充電，說(shuō)明此時(shí)進(jìn)入恒流充電階段；當(dāng)電源系統(tǒng)功率滿(mǎn)足充電要求，而此時(shí)未達(dá)到設(shè)定蓄電池組恒壓值時(shí)，對(duì)蓄電池組進(jìn)行恒流充電，電池電壓逐漸升高，當(dāng)電池電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行恒壓充電。即鋰離子蓄電池充電過(guò)程分為兩個(gè)大的階段，首先進(jìn)入恒流充電階段，然后進(jìn)入恒壓充電階段。充電的過(guò)程如圖2所示。
[0032]研制的難點(diǎn)在于充電功能的軟件化設(shè)計(jì)，按現(xiàn)有設(shè)計(jì)，是通過(guò)BEA信號(hào)實(shí)現(xiàn)的鋰離子蓄電池組恒流恒壓充電控制。軟件實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)充電功能的具體做法是通過(guò)DSP遙測(cè)采集蓄電池組電壓及充電電流信號(hào)，電源下位機(jī)判斷當(dāng)前是否滿(mǎn)足軟件充電自控的條件，如果不滿(mǎn)足條件，也就是此時(shí)有多余的電流用于充電，說(shuō)明此時(shí)屬于恒流充電階段;如果滿(mǎn)足條件，也就是蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值，根據(jù)本發(fā)明介紹的軟件恒流恒壓充電算法，確定當(dāng)前BEA值大小，形成BEA信號(hào)，通過(guò)模擬量的形式控制充電電流大小。
[0033]結(jié)合電源系統(tǒng)的恒流恒壓充電過(guò)程，恒流充電的過(guò)程中充電電流保持不變，恒壓充電的過(guò)程充電電流呈逐漸減小的趨勢(shì)。可以根據(jù)充電電流的變化過(guò)程設(shè)定充電電流值為N個(gè)檔位，檔位的數(shù)量和檔位的間隔取決于鋰電池電壓在充電過(guò)程中變化的情況。上述關(guān)于充電過(guò)程的考慮就是狀態(tài)機(jī)的雛形。
[0034]狀態(tài)機(jī)思想廣泛應(yīng)用于硬件控制電路設(shè)計(jì)，也是軟件上常用的一種處理方法。它把復(fù)雜的控制邏輯分解成有限個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在每個(gè)狀態(tài)上判斷事件，變連續(xù)處理為離散數(shù)字處理，符合計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)。同時(shí)，因?yàn)橛邢逘顟B(tài)機(jī)具有有限個(gè)狀態(tài)，所以可以在實(shí)際的工程上實(shí)現(xiàn)。由于有限狀態(tài)機(jī)是閉環(huán)系統(tǒng)，有限無(wú)窮，可以用有限的狀態(tài)處理無(wú)窮的事務(wù)。不僅如此，從軟件的架構(gòu)角度分析，有限狀態(tài)機(jī)閉環(huán)的特點(diǎn)可以防止程序進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)，避免了軟件跑飛。從而保證了電池充電的可靠性。所以說(shuō)狀態(tài)機(jī)思想在蓄電池充電控制上的應(yīng)用更能契合鋰離子蓄電池特性。
[0035]下面簡(jiǎn)要介紹電源下位機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成以及狀態(tài)機(jī)思想在軟件控制蓄電池恒流恒壓充電過(guò)程中的具體實(shí)施過(guò)程。
[0036]電源下位機(jī)主要完成關(guān)鍵參數(shù)遙測(cè)、指令遙控、及充放電管理等功能(包括軟件恒流恒壓充電控制功能)。主要涉及到外圍設(shè)備和接口單元控制，采用的DSP芯片是TMS320F2812。這款CP