一種電池均衡控制裝置的設(shè)計(jì)

摘 要：主動(dòng)均衡技術(shù)由于均衡準(zhǔn)確度低而導(dǎo)致單體電池出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象，采用電池均衡控制裝置及方法，可以在在充放電過程中依據(jù)單體電池電壓高低來判斷是否對(duì)其均衡，引入了單體電池內(nèi)阻值作為均衡判斷的一個(gè)重要依據(jù)，通過裝置檢測單體電池的內(nèi)阻，推算出電池容量，結(jié)合單體電池電壓和放電電流，決定均衡策略。

關(guān)鍵詞：電池均衡；補(bǔ)償技術(shù)；控制裝置

單體電池受限于電壓和容量的限制，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常將多個(gè)單體電池進(jìn)行串聯(lián)或者并聯(lián)，組成電池組。串聯(lián)在電池組中的各個(gè)單體電池之間的充放電率以及容量存在不一致的問題，導(dǎo)致個(gè)別單體電池在充放電過程中會(huì)出現(xiàn)過充或者過放的現(xiàn)象，導(dǎo)致整個(gè)電池組過早的進(jìn)入淘汰期，因此出現(xiàn)了被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡的技術(shù)。在充放電過程中依據(jù)單體電池電壓高低來判斷是否對(duì)其均衡，而實(shí)際上，單體電池的電壓的高低并不能完全代表電池的剩余容量多少。放電過程中有個(gè)別單體電池電壓雖然低，但其容量相對(duì)不低，如果按單體電壓進(jìn)行均衡，就會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)象。

1電池均衡控制裝置技術(shù)方案

電池均衡控制裝置由單片機(jī)控制單元、電池信息檢測單元和雙向功率輸出單元構(gòu)成，單片機(jī)控制單元與電池信息檢測單元、雙向功率輸出單元分別連接。電池信息監(jiān)測單元設(shè)有電壓采集單元、電池組電流采集單元和單體電池內(nèi)阻采集單元，電池信息監(jiān)測單元還設(shè)有溫度檢測單元，單片機(jī)控制單元還連接有電源轉(zhuǎn)換單元、電池組信息上傳單元和參數(shù)存儲(chǔ)單元。

2電池均衡控制裝置的原理

電池均衡控制裝置包括單片機(jī)控制單元，單片機(jī)控制單元與電池信息檢測單元、雙向功率輸出單元、電源轉(zhuǎn)換單元、電池組信息上傳單元和參數(shù)存儲(chǔ)單元分別連接。電池信息檢測單元包括電壓采集單元、電池組電流采集單元、單體電池內(nèi)阻采集單元和溫度檢測單元。

電壓采集單元，用于監(jiān)測電池組電壓和單體電池電壓，為電池組均衡提供基本依據(jù)。電池組電流采集單元，用于監(jiān)測電池組充放電電流，便于修正均衡系數(shù)。單體電池內(nèi)阻采集單元，用于監(jiān)測單體電池的交流內(nèi)阻，便于進(jìn)而計(jì)算出蓄電池的容量，進(jìn)一步修正均衡系數(shù)。雙向功率輸出單元，用于實(shí)現(xiàn)電池組和單體電池之間的能量轉(zhuǎn)換，完成電池組充放電均衡的功能。單片機(jī)控制單元，用于通過各采集單元獲取電池組和單體電池的運(yùn)行信息，將獲取的信息經(jīng)過運(yùn)算處理，得到均衡輸出策略；并控制雙向功率輸出單元輸出相應(yīng)的功率，實(shí)現(xiàn)單體電池的均衡。電源轉(zhuǎn)換單元，用于從電池組兩端取電，為整個(gè)系統(tǒng)提供所需求的電源。溫度檢測單元，用于監(jiān)測電池組溫度。電池組信息上傳單元，用于通過GPRS模塊或者有線網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)㈦姵亟M實(shí)時(shí)運(yùn)行信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳到用戶終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。參數(shù)存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)電池組和單體電池參數(shù)。

2電池均衡控制方法

電池組充滿電后，定時(shí)采集單體電池內(nèi)阻，需要計(jì)算容量，設(shè)定每隔十天，單片機(jī)控制單元控制單體電池內(nèi)阻采集單元工作，依次獲取電池組各個(gè)單體電池的內(nèi)阻值，計(jì)算出各個(gè)單體電池的容量大??；單片機(jī)控制單元控制溫度檢測單元，檢測電池組環(huán)境溫度，得到一個(gè)容量修正系數(shù)，修正單體電池的容量值。單片機(jī)控制單元將這些信息存儲(chǔ)于參數(shù)存儲(chǔ)單元。

放電過程中，通過檢測單體電池電壓，計(jì)算電壓均衡系數(shù)，單片機(jī)控制單元控制電壓采集單元，獲取電池組總電壓值和各個(gè)單體電池電壓值，計(jì)算得到電壓均衡系數(shù)VKi=（Vi-V）/V，i=1，2，……，n；其中，i表示第幾節(jié)電池，Vi為各個(gè)單體電池電壓值，V為電池組平均電壓。

計(jì)算容量均衡系數(shù)，結(jié)合電壓均衡系數(shù)，計(jì)算放電均衡系數(shù)，單片機(jī)控制單元從參數(shù)存儲(chǔ)單元獲取各個(gè)單體電池的容量值作為容量均衡系數(shù)CKi（i=1，2，……，n），其中，i表示第幾節(jié)電池。放電均衡系數(shù)BKi=Wv*VKi+Wc*CKi，i=1，2，……，n；其中，i表示第幾節(jié)電池，Wv為電壓均衡系數(shù)權(quán)重，Wc為容量均衡系數(shù)權(quán)重。電壓均衡系數(shù)權(quán)重Wv和容量均衡系數(shù)權(quán)重Wc，通過以往該電池組放電均衡過程中的數(shù)據(jù)，不斷的利用學(xué)習(xí)算法進(jìn)行修正。

檢測電池組放電電流值，根據(jù)均衡系數(shù)，計(jì)算出單體電池需要均衡的電流值，選出作為均衡對(duì)象的單體電池，單片機(jī)控制單元5控制電池組電流采集單元2，得到電池組放電電流Ii（i=1，2，……，n），i表示第幾節(jié)電池。雙向功率輸出單元4應(yīng)該輸出的單體電池需要均衡的電流值Pi=BKi*Ii，i=1，2，……，n；如果Pi是負(fù)值，則記為0。

單片機(jī)控制單元5將Pi（i=1，2，……，n）按大小排序，并與Pi的平均值做對(duì)比，選取Pi大于平均值的單體電池作為均衡對(duì)象。

單片機(jī)控制單元控制對(duì)應(yīng)的雙向功率輸出單元，輸出數(shù)值為Pi大小的電流，本實(shí)施例引入了單體電池內(nèi)阻值作為均衡判斷的一個(gè)重要依據(jù)，通過檢測單體電池的內(nèi)阻，推算出電池容量，結(jié)合單體電池電壓和放電電流，決定均衡策略；對(duì)某個(gè)單體電池是否開啟均衡由該單體電池電壓和內(nèi)阻值決定，均衡強(qiáng)度的大小由該單體電池電壓、內(nèi)阻值及放電電流三個(gè)因素決定。對(duì)單體電池均衡的依據(jù)由單體電池電壓和放電電流兩個(gè)參數(shù)，轉(zhuǎn)變單體電池電壓、放電電流和電池內(nèi)阻值三個(gè)參數(shù)，大大提高了放電均衡過程中均衡的準(zhǔn)確度。利用本發(fā)明所提供的均衡方法、系統(tǒng)在相同條件下與常規(guī)均衡方法比較，可以使得電池充放電過程中的均衡程度提高10%，能夠有效避免均衡過程中，單體電池在放電過程中過補(bǔ)償?shù)陌l(fā)生，實(shí)現(xiàn)了電池均衡的進(jìn)一步的精細(xì)化。

3結(jié)論

引入了單體電池內(nèi)阻值作為均衡判斷的一個(gè)重要依據(jù)，通過裝置檢測單體電池的內(nèi)阻，推算出電池容量，結(jié)合單體電池電壓和放電電流，決定均衡策略；對(duì)某個(gè)單體電池是否開啟均衡由該單體電池電壓和內(nèi)阻值決定，均衡強(qiáng)度的大小由該單體電池電壓、內(nèi)阻值及放電電流三個(gè)因素決定。對(duì)單體電池均衡的依據(jù)由單體電池電壓和放電電流兩個(gè)參數(shù)，轉(zhuǎn)變單體電池電壓、放電電流和電池內(nèi)阻值三個(gè)參數(shù)，大大提高了放電均衡過程中均衡的準(zhǔn)確度。本文所提供的均衡方法、系統(tǒng)在相同條件下與常規(guī)均衡方法比較，可以使得電池充放電過程中的均衡程度提高10%，能夠有效避免均衡過程中，單體電池在放電過程中過補(bǔ)償?shù)陌l(fā)生，實(shí)現(xiàn)了電池均衡的進(jìn)一步的精細(xì)化。

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作者簡介：

湯國威 漢 籍貫：山東省1978.12 本科 職稱：中級(jí)

研究方向：電力電子技術(shù)及產(chǎn)品，電子技術(shù)及產(chǎn)品、電源技術(shù)及產(chǎn)品、光伏技術(shù)及產(chǎn)品、消防類電子產(chǎn)品技術(shù)、電氣化自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)均可