一種基于單片機(jī)控制的鐵鋰電池大電流均衡方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于單片機(jī)控制的鐵鋰電池大電流均衡方法。設(shè)置一套鐵鋰電池系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)串聯(lián)的鐵鋰電池、與所述鐵鋰電池?cái)?shù)目相等的第一接觸器和第二接觸器、大電流放電電阻、鐵鋰電池電壓檢測(cè)模塊、單片機(jī)控制器和保護(hù)裝置。單片機(jī)控制器通過(guò)鐵鋰電池電壓檢測(cè)模塊獲得各個(gè)鐵鋰電池電壓，當(dāng)鐵鋰電池之間的均衡度大于設(shè)定閥值時(shí)，將電壓最大的鐵鋰電池根據(jù)設(shè)定的時(shí)間通過(guò)大電流放電電阻放電。該方法實(shí)現(xiàn)鐵鋰電池集中大電流放電的目的，加快均衡速度，均衡效果好，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于單片機(jī)控制的鐵鋰電池大電流均衡方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池組的均衡技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于單片機(jī)控制的鐵鋰電池大電流均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃油汽車(chē)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(guó)家、政府以及汽車(chē)企業(yè)都普遍認(rèn)識(shí)到節(jié)能減排是未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，而發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)將是解決這個(gè)難點(diǎn)的最佳辦法。電動(dòng)汽車(chē)具有噪聲低，無(wú)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(chē)生產(chǎn)企業(yè)正積極研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)，中國(guó)政府也在積極推廣電動(dòng)汽車(chē)。電動(dòng)汽車(chē)根據(jù)動(dòng)力源可以大致分為純電動(dòng)汽車(chē)，混合電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池電動(dòng)汽車(chē)。這些電動(dòng)汽車(chē)一般會(huì)配置電池作為儲(chǔ)能元件，特別是純電動(dòng)汽車(chē)中廣泛應(yīng)用多串并電池作為動(dòng)力源。
[0003]鐵鋰電池以L(fǎng)i Fe PO4作為電池的正級(jí)，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(kāi)，但是鋰離子可以通過(guò)而電子不能通過(guò)，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。
[0004]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(chǎng)前，鐵鋰電池內(nèi)部之間的差別不斷縮小，但是使用過(guò)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(lái)越大。在充電過(guò)程中，容量小的單體將首先被充滿(mǎn)，導(dǎo)致其他容量的電池不能獲得足夠的容量;在放電過(guò)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(wèn)題的存在，造成組鐵鋰電池的可用容量和使用壽命等方面元不及單體電池，并且加大了對(duì)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(wèn)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。
[0005]為了解決鐵鋰電池組不一致性問(wèn)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(cè)鐵鋰電池組的電壓，電流等參數(shù)，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，分析電池的一致性，通過(guò)控制裝置對(duì)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(guò)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(wèn)題，能夠延長(zhǎng)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(chē)獲得推廣。
[0006]目前通用的均衡方法是對(duì)每個(gè)鐵鋰電池配置一個(gè)放電電阻，通過(guò)檢查每個(gè)單體的電壓，對(duì)單體比較高的單體通過(guò)自己對(duì)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(mǎn)足快速均衡的要求。如果將每個(gè)鐵鋰電池對(duì)應(yīng)的放電電阻功率變大，其體積和散熱將面對(duì)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種基于單片機(jī)控制的鐵鋰電池大電流均衡方法。
[0008]具體步驟為:
(I)設(shè)置一套鐵鋰電池系統(tǒng)，包括鐵鋰電池組、大電流放電電阻、鐵鋰電池電壓檢測(cè)模塊、單片機(jī)控制器和保護(hù)裝置，其中鐵鋰電池組包括至少二串聯(lián)的鐵鋰電池，每個(gè)鐵鋰電池均對(duì)應(yīng)一個(gè)第一接觸器和一個(gè)第二接觸器;鐵鋰電池的正極通過(guò)其對(duì)應(yīng)的第一接觸器連接于大電流放電電阻的第一端，鐵鋰電池的負(fù)極通過(guò)其對(duì)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(cè)模塊能夠通電地相連接;單片機(jī)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(cè)模塊連接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接，單片機(jī)控制器控制鐵鋰電池對(duì)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)在一起后接于鐵鋰電池組的負(fù)極。
[0009]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。
[0010](2)步驟(I)設(shè)置的鐵鋰電池系統(tǒng)按照以下步驟運(yùn)行:
a.單片機(jī)控制器與鐵鋰電池電壓檢測(cè)模塊通信，獲得每個(gè)鐵鋰電池的電壓。
[0011]b.單片機(jī)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。
[0012]c.單片機(jī)控制器求出所有鐵鋰電池電壓的平均值。
[0013]d.當(dāng)電壓值最大的鐵鋰電池電壓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。
[0014]e.單片機(jī)控制器通過(guò)控制電壓值最大鐵鋰電池單體對(duì)應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器，使電壓值最大的鐵鋰電池單體與大電流放電電阻并聯(lián)，對(duì)電壓值最大的鐵鋰電池單體進(jìn)行放電。
[0015]f.等待設(shè)定的時(shí)間T，單片機(jī)控制器通過(guò)控制端子斷開(kāi)所有接觸器開(kāi)關(guān)，程序返回
B ο
[0016](3)完成步驟(2)即實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)控制的鐵鋰電池大電流均衡。
[0017]本發(fā)明方法使用一套鐵鋰電池系統(tǒng)，該鐵鋰電池系統(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(guò)程中得到有效的管理和均衡，能夠提高鐵鋰電池系統(tǒng)的能效和使用壽命，降低鐵鋰電系統(tǒng)的維護(hù)成本;本發(fā)明采用單片機(jī)作為主要均衡控制器，降低系統(tǒng)的成本;本發(fā)明采用接觸器矩陣方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵鋰電池的大電流放電，能夠提高均衡的可靠性，并實(shí)現(xiàn)大電流放電;本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，安全可靠，均衡效果好。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例使用的鐵鋰電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例充放電過(guò)程中的均衡控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例:
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]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(jiàn)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(méi)有背離本發(fā)明的精神和范圍的其他技術(shù)方案。
[0022]如圖1所示，一種基于單片機(jī)控制的鐵鋰電池大電流均衡方法，具體步驟為:
(I)設(shè)置一套鐵鋰電池系統(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(cè)模塊、單片機(jī)控制器和保護(hù)裝置，其中鐵鋰電池組包括至少二串聯(lián)的鐵鋰電池，每個(gè)鐵鋰電池均對(duì)應(yīng)一個(gè)第一接觸器和一個(gè)第二接觸器;鐵鋰電池的正極通過(guò)其對(duì)應(yīng)的第一接觸器連接于大電流放電電阻的第一端，鐵鋰電池的負(fù)極通過(guò)其對(duì)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(cè)模塊能夠通電地相連接;單片機(jī)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(cè)模塊連接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接，單片機(jī)控制器控制鐵鋰電池對(duì)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)在一起后接于鐵鋰電池組的負(fù)極。
[0023]所述鐵鋰電池為基本鐵鋰電池單元即單體鐵鋰電池。
[0024]均衡對(duì)象鐵鋰電池I的負(fù)極與均衡對(duì)象鐵鋰電池2的正極連接，所述均衡對(duì)象鐵鋰電池2的負(fù)極與均衡對(duì)象鐵鋰電池3的正極連接，依次串聯(lián)各個(gè)均衡對(duì)象鐵鋰電池，直到均衡對(duì)象鐵鋰電池N-1的負(fù)極與均衡對(duì)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(duì)象鐵鋰電池I的正極為所述鐵鋰電池組的正極，所述均衡對(duì)象鐵鋰電池N的負(fù)極為所述鐵鋰電池組的負(fù)極。
[0025]每個(gè)所述均衡對(duì)象鐵鋰電池的正極通過(guò)對(duì)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(duì)象鐵鋰電池的負(fù)極通過(guò)對(duì)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)后與所述單片機(jī)控制器的控制端子連接。
[0026]所述鐵鋰電池電壓檢測(cè)模塊與鐵鋰電池的正極和負(fù)極能夠通電地相連接，用于檢測(cè)每個(gè)鐵鋰電池的電壓;通過(guò)CAN端子與所述的單片機(jī)控制器鏈接，向單片機(jī)控制器發(fā)送所檢測(cè)的電壓信號(hào)。
[0027](2)步驟(I)設(shè)置的鐵鋰電池系統(tǒng)按照以下步驟運(yùn)行:
a.單片機(jī)控制器與鐵鋰電池電壓檢測(cè)模塊通信，獲得每個(gè)鐵鋰電池的電壓。
[0028]b.單片機(jī)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。
[0029]c.單片機(jī)控制器求出所有鐵鋰電池電壓的平均值。
[0030]d.當(dāng)電壓值最大的鐵鋰電池電壓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。[0031 ] e.單片機(jī)控制器通過(guò)控制電壓值最大鐵鋰電池單體對(duì)應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器，使電壓值最大的鐵鋰電池單體與大電流放電電阻并聯(lián)，對(duì)電壓值最大的鐵鋰電池單體進(jìn)行放電。
[0032]f.等待設(shè)定的時(shí)間T，單片機(jī)控制器通過(guò)控制端子斷開(kāi)所有接觸器開(kāi)關(guān)，程序返回
B ο
[0033](3)完成步驟(2)即實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)控制的鐵鋰電池大電流均衡。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于單片機(jī)控制的鐵鋰電池大電流均衡方法，其特征在于具體步驟為: (1)設(shè)置一套鐵鋰電池系統(tǒng)，包括鐵鋰電池組、大電流放電電阻、鐵鋰電池電壓檢測(cè)模塊、單片機(jī)控制器和保護(hù)裝置，其中鐵鋰電池組包括至少二串聯(lián)的鐵鋰電池，每個(gè)鐵鋰電池均對(duì)應(yīng)一個(gè)第一接觸器和一個(gè)第二接觸器;鐵鋰電池的正極通過(guò)其對(duì)應(yīng)的第一接觸器連接于大電流放電電阻的第一端，鐵鋰電池的負(fù)極通過(guò)其對(duì)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(cè)模塊能夠通電地相連接;單片機(jī)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(cè)模塊連接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接，單片機(jī)控制器控制鐵鋰電池對(duì)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)在一起后接于鐵裡電池組的負(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(I)設(shè)置的鐵鋰電池系統(tǒng)按照以下步驟運(yùn)行: a.單片機(jī)控制器與鐵鋰電池電壓檢測(cè)模塊通信，獲得每個(gè)鐵鋰電池的電壓； b.單片機(jī)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.單片機(jī)控制器求出所有鐵鋰電池電壓的平均值； d.當(dāng)電壓值最大的鐵鋰電池電壓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.單片機(jī)控制器通過(guò)控制電壓值最大鐵鋰電池單體對(duì)應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器，使電壓值最大的鐵鋰電池單體與大電流放電電阻并聯(lián)，對(duì)電壓值最大的鐵鋰電池單體進(jìn)行放電； f.等待設(shè)定的時(shí)間T，單片機(jī)控制器通過(guò)控制端子斷開(kāi)所有接觸器開(kāi)關(guān)，程序返回a; (3)完成步驟(2)即實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)控制的鐵鋰電池大電流均衡。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK105958572SQ201610337664
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月22日
【發(fā)明人】鐘志賢, 張烈平
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)