一種鋰電池單體電壓檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于鋰電池檢測【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種鋰電池單體電壓檢測方法及裝置。它包括單片機和兩個菊花鏈,所述單片機與兩組菊花鏈之間分別通過SPI總線連接,所述兩個菊花鏈分別包括多片級聯(lián)的鋰電池管理芯片LTC6803,所述每片鋰電池管理芯片LTC6803均串聯(lián)有多節(jié)鋰電池。本發(fā)明采用鋰電池管理芯片LTC6803檢測鋰電池單體電壓,檢測結(jié)果準(zhǔn)確、精度高,檢測裝置集成度更高,容易擴展,研發(fā)周期短,電路簡單可靠,體積小,性能優(yōu)越,非常適合于車載鋰電池管理系統(tǒng)。
【專利說明】一種鋰電池單體電壓檢測方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池檢測【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種鋰電池單體電壓檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著純電動車及混合動力車的發(fā)展,作為重要儲能設(shè)備的串聯(lián)電池組是影響整車性能的一個關(guān)鍵因素。延長電池壽命,提高電池的使用效率是電動汽車商品化、實用化的關(guān)鍵。由于水桶效應(yīng)的存在,串聯(lián)電池組的整體性能取決于電池組中性能最差的單體電池,為了能夠?qū)Υ?lián)電池組的能量使用進(jìn)行有效管理,需要實時監(jiān)視串聯(lián)電池組中的單體電池狀態(tài)。在表征電池狀態(tài)的參數(shù)中,電池的端電壓最能體現(xiàn)其工作狀態(tài),因此精確采集電池組中各個單體電池的電壓十分重要。
[0003]當(dāng)前的鋰電池單體電壓采集方法最常用的是飛電容方案,該方案的關(guān)鍵器件為電容和繼電器,電動汽車的電壓等級較高,串聯(lián)的鋰電池單體數(shù)目少則40個,多則100多個?;谶@種方案,如果采樣電路不分組,所用芯片數(shù)量最少,即便不考慮價格因素,也難以選到滿足要求的通用的固態(tài)繼電器;若對鋰電池單體進(jìn)行分組,雖然電路能夠模塊化,但是功能單一、體積龐大,不符合車載控制器重量輕、體積小的特點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的就是為了解決上述【背景技術(shù)】存在的不足,提供一種簡單可靠、性能優(yōu)越的鋰電池單體電壓檢測方法及裝置。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種鋰電池單體電壓檢測方法,包括以下步驟:
[0006](I)、每片鋰電池管理芯片LTC6803檢測多節(jié)鋰電池,多片鋰電池管理芯片LTC6803之間級聯(lián)后與單片機串聯(lián);
[0007](2)、對每片鋰電池管理芯片LTC6803分別自檢,若有一片鋰電池管理芯片LTC6803不正常則報警硬關(guān)斷,否則繼續(xù);
[0008](3)、每片鋰電池管理芯片LTC6803檢測并采集與其連接的所有鋰電池的單體電壓,采集后發(fā)送給與其級聯(lián)的上一級鋰電池管理芯片LTC6803 ;
[0009](4)、每片鋰電池管理芯片LTC6803檢測并采集其內(nèi)部溫度,采集后發(fā)送給與其級聯(lián)的上一級鋰電池管理芯片LTC6803 ;
[0010](5)、單片機讀取鋰電池管理芯片LTC6803中采集的所有鋰電池的單體電壓,并判斷單體電壓是否正常更新,若是則繼續(xù),否則返回步驟(2);
[0011](6)、單片機讀取每片鋰電池管理芯片LTC6803的內(nèi)部溫度,并判斷內(nèi)部溫度是否> 85°C,若是則硬關(guān)斷,否則返回步驟(3)。
[0012]進(jìn)一步地,所述步驟(I)中單片機上串聯(lián)有兩個菊花鏈,兩個菊花鏈之間通過開關(guān)連接,所述兩個菊花鏈分別包括多片級聯(lián)的鋰電池管理芯片LTC6803。
[0013]進(jìn)一步地,所述步驟(3)中鋰電池管理芯片LTC6803每40_60毫秒采集一次單體電壓,每次采集的時間為10-15毫秒。
[0014]進(jìn)一步地,所述步驟(4)中鋰電池管理芯片LTC6803每隔1_1.5秒采集一次內(nèi)部溫度,每次采集的時間為3-5毫秒。
[0015]更進(jìn)一步地,所述步驟(5)中單片機判斷單體電壓是否正常更新的方法為:將所有鋰電池的單體電壓相加得到總電壓,判斷總電壓是否與上一次的總電壓相等,若不等,說明單體電壓是正常更新;若總電壓相等,則判斷當(dāng)前電流是否為0,若電流為O則表示總電壓維持不變是正常的,即說明單體電壓是正常更新;若電流不為0,則返回步驟(3),并記錄返回次數(shù),當(dāng)返回次數(shù)大于20時,再返回步驟(2)。
[0016]在車載環(huán)境下,判斷單體電壓是否正常更新即是判斷每次檢測的單體電壓是否與上一次檢測的電壓相等,從而確定每次檢測的單體電壓是否是正確的電壓。上述的當(dāng)前電流為電池包的工作電流,電流為O說明鋰電池沒有充放電、不為O說明鋰電池正在充放電。當(dāng)鋰電池充放電時,當(dāng)前鋰電池管理芯片LTC6803內(nèi)部檢測到的單體電壓數(shù)據(jù)若保持不變,就需要重新檢測。
[0017]判斷檢測的總電壓是否與上一次的總電壓相等,不相等說明檢測的是當(dāng)前鋰電池充放電時的電壓,即檢測的是正確的電壓,可直接繼續(xù)后面步驟;相等說明檢測的單體電壓可能為當(dāng)前鋰電池沒有充放電時的電壓,也可能當(dāng)前鋰電池正在充放電,采集到的為上一次的單體電壓,這時就需要再次判斷。
[0018]而判斷總電壓相等時鋰電池是否充放電,需要通過檢測鋰電池包內(nèi)部的電流,通過判斷電流是否為O來確定鋰電池是否在充放電。若電流為O則表示檢測的是鋰電池沒有充放電時的電壓,即總電壓維持不變是正常的;若電流不為0,則說明當(dāng)前鋰電池正在充放電,檢測的結(jié)果不準(zhǔn)確,返回重新檢測。當(dāng)返回重新檢測的次數(shù)大于20次,即連續(xù)20次檢測鋰電池都處于充放電狀態(tài)時,說明鋰電池管理芯片LTC6803已溢出,需要調(diào)用初始化模塊,對鋰電池管理芯片LTC6803重新自檢。
[0019]一種鋰電池單體電壓檢測裝置,其主要系統(tǒng)包括單片機和兩個菊花鏈,單片機為最小系統(tǒng),所述單片機與兩組菊花鏈之間分別通過SPI總線連接,所述兩個菊花鏈分別包括多片級聯(lián)的鋰電池管理芯片LTC6803,所述每片鋰電池管理芯片LTC6803均串聯(lián)有多節(jié)鋰電池。
[0020]進(jìn)一步地,所述每個菊花鏈包含的鋰電池管理芯片LTC6803的數(shù)量為1_5片,所述每片鋰電池管理芯片LTC6803上串聯(lián)鋰電池的數(shù)量為1-12節(jié)。
[0021]本發(fā)明采用鋰電池管理芯片LTC6803進(jìn)行檢測,一次檢測鋰電池數(shù)量多,檢測裝置集成度更高,容易擴展,研發(fā)周期短,電路簡單可靠,體積小,性能優(yōu)越,非常適合于車載鋰電池管理系統(tǒng)。
[0022]本發(fā)明的檢測方法在檢測時首先對檢測芯片進(jìn)行自檢,在檢測過程中循環(huán)檢測芯片溫度及鋰電池的更新電壓,檢測精度高。與現(xiàn)有技術(shù)相比,該方法檢測結(jié)果準(zhǔn)確、精度高,而且抗干擾能力較強,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明檢測鋰電池單體電壓的流程圖。[0025]圖3為本發(fā)明鋰電池管理芯片LTC6803自檢流程圖。
[0026]圖4為本發(fā)明讀單體電壓的流程圖。
[0027]圖5為本發(fā)明讀1-4個單體電壓寄存器的流程圖。
[0028]圖6為本發(fā)明判斷單體電壓正常更新的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明,便于清楚地了解本發(fā)明,但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。
[0030]如圖1所示,本發(fā)明的檢測裝置的主要系統(tǒng)包括單片機和兩個菊花鏈,單片機為最小系統(tǒng),所述單片機與兩個菊花鏈之間分別通過SPI總線連接,所述兩個菊花鏈分別包括多片級聯(lián)的鋰電池管理芯片LTC6803,所述每片鋰電池管理芯片LTC6803均串聯(lián)有多節(jié)鋰電池。所述每個菊花鏈包含的鋰電池管理芯片LTC6803的數(shù)量為1-5片,所述每片鋰電池管理芯片LTC6803上串聯(lián)鋰電池的數(shù)量為1-12節(jié),即鋰電池管理芯片LTC6803最多能支持5片級聯(lián),所以,在實際應(yīng)用中,如果正好是120節(jié)鋰電池,要求維修開關(guān)位于第60節(jié)和第61節(jié)之間,換句話說,在一個菊花鏈里,鋰電池管理芯片LTC6803測量的鋰電池目不能超過60個。芯片級聯(lián)的方向由電池模塊的串聯(lián)順序決定,在一個菊花鏈中,采集最高模塊電壓的芯片位于菊花鏈的頂端。該裝置中,單片機通過SPI總線從鋰電池管理芯片LTC6803讀取單體電壓并排序,當(dāng)單體電壓差超過閾值時,發(fā)送均衡命令,通過鋰電池管理芯片LTC6803進(jìn)行被動均衡。
[0031]圖2為采用上述裝置檢測鋰電池單體電壓的流程圖,具體過程為:
[0032]I)系統(tǒng)初始化,開全局中斷。
[0033]2)兩個菊花鏈的所有鋰電池管理芯片LTC6803分別自檢,若有一片不正常,向上位機報警,等待檢修,并將該菊花鏈硬關(guān)斷,即該串級聯(lián)的鋰電池管理芯片LTC6803都下電。
[0034]3)對自檢正常的菊花鏈,每個單體采樣周期Tl到時,啟動單體電壓轉(zhuǎn)換,即每片鋰電池管理芯片LTC6803隔一定時間Tl檢測并采集一次與其連接的所有鋰電池的單體電壓,采集后發(fā)送給與其級聯(lián)的上一級鋰電池管理芯片LTC6803,Tl 一般為40-60毫秒,每次采集的時間T3為10-15毫秒。同時每個溫度采樣周期T2到時,啟動6803的內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換,即每片鋰電池管理芯片LTC6803隔一定時間T2檢測并采集一次其內(nèi)部溫度,采集后發(fā)送給與其級聯(lián)的上一級鋰電池管理芯片LTC6803,由于溫度變化較為緩慢,T2 一般為1-1.5秒,每次采集的時間T4為3-5毫秒。因為當(dāng)鋰電池管理芯片LTC6803的內(nèi)部溫度<85°C,測量單體電壓的精度才能得以保證,所以測量當(dāng)前的內(nèi)部溫度是非常必要的。
[0035]4)每個菊花鏈單體轉(zhuǎn)換完成后,讀該鏈的單體電壓,讀到所有單體電壓后,判斷單體電壓是否正常更新,若是正常更新,則繼續(xù)判斷鋰電池管理芯片LTC6803的溫度,否則返回重新對鋰電池管理芯片LTC6803進(jìn)行自檢。
[0036]5)每個菊花鏈內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換完成后,讀該鏈的溫度,判斷是否有一片鋰電池管理芯片LTC6803的溫度大于85°C,若有則向上位機報警,停止被動均衡,加強熱管理,對該鏈硬關(guān)斷,防止芯片的測量精度降低,也提高了裝置的熱穩(wěn)定性和可靠性;否則返回重新檢測單體電壓。[0037]圖3為鋰電池管理芯片LTC6803自檢的流程圖,包括ADC自檢、參考電壓和多路復(fù)用器自檢兩部分。流程如下:
[0038]I)如果某菊花鏈鋰電池管理芯片LTC6803初始化成功,發(fā)送AD自檢命令和校驗碼,否則硬關(guān)斷,并向上位機報警,等待檢修。
[0039]2)等待AD自檢完成,從單體電壓寄存器讀AD自檢結(jié)果,如果所有單體電壓數(shù)據(jù)都等于0X555,則AD自檢正常,否則鋰電池管理芯片LTC6803自檢失敗,硬關(guān)斷該菊花鏈,向上位機報警,等待檢修。
[0040]3)如果某菊花鏈的AD自檢正常,發(fā)送診斷和查詢命令。等待參考電壓轉(zhuǎn)換完成,從診斷寄存器讀取參考電壓轉(zhuǎn)換結(jié)果和多路復(fù)用器自檢結(jié)果。若參考電壓在2.1V-2.9V之間,且多路復(fù)用器自檢正常,則鋰電池管理芯片LTC6803自檢正常。否則自檢失敗,硬關(guān)斷該菊花鏈,向上位機報警,等待檢修。
[0041]圖4為讀單體電壓的流程圖,該流程嚴(yán)格按照鋰電池管理芯片LTC6803的網(wǎng)絡(luò)層通訊協(xié)議以及SPI總線的時序執(zhí)行。讀單體電壓可以一次讀出一個菊花鏈的所有電壓,如圖1所示的裝置,意味著每次讀取60個單體電壓,數(shù)據(jù)量很大,在強干擾環(huán)境中,很容易受到干擾,數(shù)據(jù)不能正常傳輸。因此,本發(fā)明將單體電壓分3次讀出,讀ADC自檢結(jié)果和讀內(nèi)部溫度的流程與本流程類似。流程包括:
[0042]I)在一個菊花鏈中,讀出每片鋰電池管理芯片LTC6803的第I個-第4個單體電壓寄存器和校驗碼。
[0043]2)讀出該鏈中每片鋰電池管理芯片LTC6803的第5個-第8個單體電壓寄存器和校驗碼。
[0044]3)讀出該鏈鏈中每片鋰電池管理芯片LTC6803的第9個-第12個單體電壓寄存器和校驗碼。
[0045]4)分別計算上述每組單體電壓寄存器的校驗碼,并將計算值與接收值比較,若有一組不相等,則報校驗錯誤,放棄此次讀出的全部單體電壓數(shù)據(jù),程序退出。
[0046]5)若每組的校驗碼均相等,則此次數(shù)據(jù)有效,將單體電壓寄存器組合成單體電壓數(shù)據(jù)量,并計算單體電壓模擬量。
[0047]圖5為在一個菊花鏈中,讀出每片鋰電池管理芯片LTC6803的第I個-第4個單體電壓寄存器的流程圖。該流程要嚴(yán)格按照鋰電池管理芯片LTC6803的網(wǎng)絡(luò)層通訊協(xié)議以及SPI總線的時序執(zhí)行。讀第5個-第8個單體電壓寄存器,讀第9個-第12個單體電壓寄存器以及讀配置寄存器的流程和本流程類似。流程包括:
[0048]I)拉低SPI總線的片選信號;
[0049]2)發(fā)送讀第I個-第4個單體電壓寄存器的命令代碼和校驗碼;
[0050]3)先接收位于菊花鏈底層的鋰電池管理芯片LTC6803的單體電壓寄存器和校驗碼,最后接收位于菊花鏈頂層的鋰電池管理芯片LTC6803的單體電壓寄存器和校驗碼。如圖1所示的裝置,在SPIl中,從模塊I接收到模塊5 ;在SPIO中,從模塊6接收到模塊10。鋰電池管理芯片LTC6803的寄存器是8bit的,每個單體電壓占據(jù)1.5個寄存器。對每片鋰電池管理芯片LTC6803,需要從單體電壓寄存器O依次接收到寄存器6。
[0051]4)最后拉高SPI總線的片選信號。
[0052]圖6為判斷單體電壓正常更新的流程圖,每個單體采樣周期Tl調(diào)用一次該模塊,流程包括:
[0053]I)將所有單體電壓循檢一遍后,將當(dāng)前單體電壓相加,計算電池包的總電壓。
[0054]2)判斷總電壓是否與上一次的總電壓相等,若不等,程序退出,表示單體電壓正常更新了。
[0055]3)若總電壓相等,則判斷當(dāng)前電流是否為0,若電流為0,則程序退出,表示總電壓維持不變是正常的。
[0056]4)若電流不為0,則HMES_T1自加。
[0057]5)當(dāng)TMES_T1累計大于20時,認(rèn)為鋰電池管理芯片LTC6803已經(jīng)溢出,調(diào)用初始化模塊,鋰電池管理芯片LTC6803再次自檢,自檢正常,表明裝置工作正常,繼續(xù)檢測,否則硬關(guān)斷,并向上位機報警,等待檢修。
[0058]在車載環(huán)境下,判斷單體電壓是否正常更新即是判斷每次檢測的單體電壓是否與上一次檢測的電壓相等,從而確定每次檢測的單體電壓是否是正確的電壓。上述的當(dāng)前電流為電池包的工作電流,電流為O說明鋰電池沒有充放電、不為O說明鋰電池正在充放電。當(dāng)鋰電池充放電時,當(dāng)前鋰電池管理芯片LTC6803內(nèi)部檢測到的單體電壓數(shù)據(jù)若保持不變,就需要重新檢測。
[0059]判斷檢測的總電壓是否與上一次的總電壓相等,不相等說明檢測的是當(dāng)前鋰電池充放電時的電壓,即檢測的是正確的電壓,可直接繼續(xù)后面步驟;相等說明檢測的單體電壓可能為當(dāng)前鋰電池沒有充放電時的電壓,也可能當(dāng)前鋰電池正在充放電,采集到的為上一次的單體電壓,這時就需要再次判斷。
[0060]而判斷總電壓相等時鋰電池是否充放電,需要通過檢測鋰電池包內(nèi)部的電流,通過判斷電流是否為O來確定鋰電池是否在充放電。若電流為O則表示檢測的是鋰電池沒有充放電時的電壓,即總電壓維持不變是正常的;若電流不為0,則說明當(dāng)前鋰電池正在充放電,檢測的結(jié)果不準(zhǔn)確,返回重新檢測。當(dāng)返回重新檢測的次數(shù)大于20次,即連續(xù)20次檢測鋰電池都處于充放電狀態(tài)時,說明鋰電池管理芯片LTC6803已溢出,需要調(diào)用初始化模塊,對鋰電池管理芯片LTC6803重新自檢。
[0061]本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰電池單體電壓檢測方法,其特征在于,包括以下步驟: (1)、每片鋰電池管理芯片LTC6803檢測多節(jié)鋰電池,多片鋰電池管理芯片LTC6803之間級聯(lián)后與單片機串聯(lián); (2)、對每片鋰電池管理芯片LTC6803分別自檢,若有一片鋰電池管理芯片LTC6803不正常則報警硬關(guān)斷,否則繼續(xù); (3)、每片鋰電池管理芯片LTC6803檢測并采集與其連接的所有鋰電池的單體電壓,采集后發(fā)送給與其級聯(lián)的上一級鋰電池管理芯片LTC6803 ; (4)、每片鋰電池管理芯片LTC6803檢測并采集其內(nèi)部溫度,采集后發(fā)送給與其級聯(lián)的上一級鋰電池管理芯片LTC6803 ; (5)、單片機讀取鋰電池管理芯片LTC6803中采集的所有鋰電池的單體電壓,并判斷單體電壓是否正常更新,若是則繼續(xù),否則返回步驟(2); (6)、單片機讀取每片鋰電池管理芯片LTC6803的內(nèi)部溫度,并判斷內(nèi)部溫度是否>85°C,若是則硬關(guān)斷,否則返回步驟(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池單體電壓檢測方法,其特征在于:所述步驟(I)中單片機上串聯(lián)有兩個菊花鏈,兩個菊花鏈之間通過開關(guān)連接,所述兩個菊花鏈分別包括多片級聯(lián)的鋰電池管理芯片LTC6803。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池單體電壓檢測方法,其特征在于:所述步驟(3)中鋰電池管理芯片LTC6803每40-60毫秒采集一次單體電壓,每次采集的時間為10-15毫秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池單體電壓檢測方法,其特征在于:所述步驟(4)中鋰電池管理芯片LTC6803每隔1-1.5秒采集一次內(nèi)部溫度,每次采集的時間為3_5毫秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池單體電壓檢測方法,其特征在于:所述步驟(5)中單片機判斷單體電壓是否正常更新的方法為:將所有鋰電池的單體電壓相加得到總電壓,判斷總電壓是否與上一次的總電壓相等,若不等,說明單體電壓是正常更新;若總電壓相等,則判斷當(dāng)前電流是否為0,若電流為O則表示總電壓維持不變是正常的,即說明單體電壓是正常更新;若電流不為0,則返回步驟(3),并記錄返回次數(shù),當(dāng)返回次數(shù)大于20時,再返回步驟⑵。
6.一種鋰電池單體電壓檢測裝置,其特征在于:包括單片機和兩個菊花鏈,所述單片機與兩個菊花鏈之間分別通過SPI總線連接,所述兩個菊花鏈分別包括多片級聯(lián)的鋰電池管理芯片LTC6803,所述每片鋰電池管理芯片LTC6803均串聯(lián)有多節(jié)鋰電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰電池單體電壓檢測裝置,其特征在于:所述每個菊花鏈包含的鋰電池管理芯片LTC6803的數(shù)量為1-5片,所述每片鋰電池管理芯片LTC6803上串聯(lián)鋰電池的數(shù)量為1-12節(jié)。
【文檔編號】G01R31/36GK103728568SQ201410005399
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】常云萍 申請人:東風(fēng)汽車公司