一種基于單片機(jī)控制的鉛酸電池大電流均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于單片機(jī)控制的鉛酸電池大電流均衡方法。設(shè)置一套鉛酸電池系統(tǒng)，該鉛酸電池系統(tǒng)包括至少兩個串聯(lián)的鉛酸電池、與所述鉛酸電池?cái)?shù)量相等的第一接觸器和第二接觸器、大電流放電電阻、鉛酸電池電壓檢測模塊、單片機(jī)控制器和保護(hù)裝置。單片機(jī)控制器通過鉛酸電池電壓檢測模塊獲得各個鉛酸電池電壓，當(dāng)鉛酸電池之間的均衡度大于設(shè)定閥值時(shí)，將電壓最大的鉛酸電池根據(jù)設(shè)定的時(shí)間通過大電流放電電阻放電。本發(fā)明方法采用單片機(jī)作為主要均衡控制器，降低系統(tǒng)的成本，并采用接觸器矩陣方式，實(shí)現(xiàn)對鉛酸電池的大電流放電，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。
【專利說明】
一種基于單片機(jī)控制的鉛酸電池大電流均衡方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電池組的均衡技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于單片機(jī)控制的鉛酸電池大電流均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃油汽車的發(fā)展造成了全球能源危機(jī)的不斷加深，石油資源的不斷減少，同時(shí)加劇了氣溫升和大氣污染的危害。世界上大多數(shù)國家政府以及汽車業(yè)都普遍認(rèn)識到節(jié)能減排是未來汽車業(yè)發(fā)展的方向，而發(fā)展電動汽車將是解決這個難點(diǎn)的最佳辦法。電動汽車具有噪聲低，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)電動汽車，中國政府也在積極推廣電動汽車。電動汽車根據(jù)動力源可以大致分為純電動汽車，混合電動汽車和燃料電池電動汽車。這些電動汽車一般會配置電池作為儲能元件，特別是純電動汽車中廣泛應(yīng)用多串電池作為動力源。
[0003]鉛酸電池是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池荷電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛;放電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。
[0004]由于鉛酸電池組的各個單體都是不同的個體，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，鉛酸電池內(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隨著使用條件被不斷放大。這樣的不一致性將導(dǎo)致整組鉛酸電池的容量與設(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，造成鉛酸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)，整組電池的性能會在短時(shí)間快速惡化，從而使整個電池組報(bào)廢。
[0005]為了解決鉛酸電池組不一致性問題，人們提出了鉛酸電池的均衡技術(shù)。均衡管理的主要內(nèi)容是檢測鉛酸電池組的電壓，電流等參數(shù)，對這些參數(shù)進(jìn)行識別，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汽車獲得推廣。
[0006]目前通用的均衡方法是對每個鉛酸電池配置一個放電電阻，通過檢查每個單體的電壓，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)鉛酸電池容量比較大時(shí)，該放電電阻放電電流將很難滿足快速均衡的要求。如果將每個鉛酸電池對應(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。

【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)控制的鉛酸電池大電流均衡方法。
[0008]具體步驟為:
(I)設(shè)置一套鉛酸電池系統(tǒng)，包括鉛酸電池組、大電流放電電阻、鉛酸電池電壓檢測模塊、單片機(jī)控制器和保護(hù)裝置，其中鉛酸電池組包括至少二個串聯(lián)的鉛酸電池，其中每個鉛酸電池均對應(yīng)一個第一接觸器和一個第二接觸器;鉛酸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第一端，鉛酸電池的負(fù)極通過其對應(yīng)的第二接觸器連接于大電流放電電阻第二端;鉛酸電池正極和負(fù)極與鉛酸電池電壓檢測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端子與鉛酸電池電壓檢測模塊連接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接，當(dāng)單片機(jī)控制器控制鉛酸電池對應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器導(dǎo)通時(shí)，鉛酸電池與大電流放電電阻并聯(lián)，同一時(shí)刻只有一個鉛酸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)在一起后接于鉛酸電池組的負(fù)極。
[0009]所述鉛酸電池為基本鉛酸電池單元即單體鉛酸電池或者由多個基本鉛酸電池單元并聯(lián)組成的鉛酸電池磚。
[0010](2)步驟(I)設(shè)置的鉛酸電池系統(tǒng)按照以下步驟運(yùn)行:
a.單片機(jī)控制器與鉛酸電池電壓檢測模塊通信，獲得每個鉛酸電池的電壓。
[0011]b.單片機(jī)控制器根據(jù)獲得的N個鉛酸電池電壓，找出電壓值最大的鉛酸電池，其中N大于等于2。
[0012]c.單片機(jī)控制器求出所有鉛酸電池電壓的平均值。
[0013]d.當(dāng)電壓值最大的鉛酸電池電壓與所有鉛酸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)通過控制電壓最大鉛酸電池對應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器使電壓值最大的鉛酸電池與大電流放電電阻并聯(lián)，對鉛酸電池進(jìn)行放電。
[0015]f.等待設(shè)定的時(shí)間T，單片機(jī)控制器通過控制端子斷開所有接觸器開關(guān)，程序返回步驟a。
[0016](3)完成步驟(2)即實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)控制的鉛酸電池大電流均衡。
[0017]本發(fā)明方法使用一套鉛酸電池系統(tǒng)，該鉛酸電池系統(tǒng)包括鉛酸電池的充放電均衡裝置，使鉛酸電池系統(tǒng)在充放電過程中得到有效的管理和均衡，以提高鉛酸電池系統(tǒng)的能效和使用壽命，以降低鉛酸電池系統(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，并采用接觸器矩陣方式，實(shí)現(xiàn)對鉛酸電池的大電流放電，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】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例使用的鉛酸電池系統(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)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[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。
[0022]如圖1所示，一種基于單片機(jī)控制的鉛酸電池大電流均衡方法，具體步驟為:
(I)設(shè)置一套鉛酸電池系統(tǒng)，包括鉛酸電池組、大電流放電電阻R(自帶散熱器的大功率電阻)、鉛酸電池電壓檢測模塊、單片機(jī)控制器和保護(hù)裝置，其中鉛酸電池組包括至少二個串聯(lián)的鉛酸電池，其中每個鉛酸電池均對應(yīng)一個第一接觸器和一個第二接觸器;鉛酸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第一端，鉛酸電池的負(fù)極通過其對應(yīng)的第二接觸器連接于大電流放電電阻第二端;鉛酸電池正極和負(fù)極與鉛酸電池電壓檢測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端子與鉛酸電池電壓檢測模塊連接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接，當(dāng)單片機(jī)控制器控制鉛酸電池對應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器導(dǎo)通時(shí)，鉛酸電池與大電流放電電阻并聯(lián)，同一時(shí)刻只有一個鉛酸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)在一起后接于鉛酸電池組的負(fù)極。
[0023 ]所述鉛酸電池為基本鉛酸電池單元即單體鉛酸電池。
[0024]均衡對象鉛酸電池I的負(fù)極與均衡對象鉛酸電池2的正極連接，均衡對象鉛酸電池2的負(fù)極與均衡對象鉛酸電池3的正極連接，依次串聯(lián)各個均衡對象鉛酸電池，直到均衡對象鉛酸電池N-1的負(fù)極與均衡對象鉛酸電池N的正極連接，所有鉛酸電池依次串聯(lián)組成鉛酸電池組，在鉛酸電池組中，均衡對象鉛酸電池I的正極為鉛酸電池組的正極，均衡對象鉛酸電池N的負(fù)極為鉛酸電池組的負(fù)極。
[0025]每個均衡對象鉛酸電池的正極通過對應(yīng)的第一接觸器與大電流放電電阻R的第一端連接，每個均衡對象鉛酸電池的負(fù)極通過對應(yīng)的第二接觸器與大電流放電電阻R的第二端連接，第一接觸器和第二接觸器的控制端子K并聯(lián)后與單片機(jī)控制器的控制端子連接。
[0026]每個第一接觸器的DI端子與均衡對象鉛酸電池的正極連接，D2端子與大電流放電電阻R的第一端連接，控制端子K與單片機(jī)控制器的控制端子連接。
[0027 ]每個第二接觸器的DI端子與均衡對象鉛酸電池的負(fù)極連接，D2端子與大電流放電電阻R的第二端連接，控制端子K與單片機(jī)控制器的控制端子連接。
[0028]所述鉛酸電池電壓檢測模塊與鉛酸電池的正極和負(fù)極能夠通電地相連接，用于檢測每個鉛酸電池的電壓;通過CAN總線與所述的單片機(jī)控制器連接，向單片機(jī)控制器發(fā)送所檢測的電壓信號。
[0029](2)如圖2所示，步驟(I)設(shè)置的鉛酸電池系統(tǒng)按照以下步驟運(yùn)行:
a.單片機(jī)控制器與鉛酸電池電壓檢測模塊通信，獲得每個鉛酸電池的電壓。
[0030]b.單片機(jī)控制器根據(jù)獲得的N個鉛酸電池電壓，找出電壓值最大的鉛酸電池，其中N大于等于2。
[0031]c.單片機(jī)控制器求出所有鉛酸電池電壓的平均值。
[0032]d.當(dāng)電壓值最大的鉛酸電池電壓與所有鉛酸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。
[0033]e.單片機(jī)通過控制電壓最大鉛酸電池對應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器使電壓值最大的鉛酸電池與大電流放電電阻R并聯(lián)，對鉛酸電池進(jìn)行放電。
[0034]f.等待設(shè)定的時(shí)間T，單片機(jī)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。
[0035](3)完成步驟(2)即實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)控制的鉛酸電池大電流均衡。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于單片機(jī)控制的鉛酸電池大電流均衡方法，其特征在于具體步驟為: (1)設(shè)置一套鉛酸電池系統(tǒng)，包括鉛酸電池組、大電流放電電阻、鉛酸電池電壓檢測模塊、單片機(jī)控制器和保護(hù)裝置，其中鉛酸電池組包括至少二個串聯(lián)的鉛酸電池，其中每個鉛酸電池均對應(yīng)一個第一接觸器和一個第二接觸器;鉛酸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第一端，鉛酸電池的負(fù)極通過其對應(yīng)的第二接觸器連接于大電流放電電阻第二端;鉛酸電池正極和負(fù)極與鉛酸電池電壓檢測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端子與鉛酸電池電壓檢測模塊連接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接，當(dāng)單片機(jī)控制器控制鉛酸電池對應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器導(dǎo)通時(shí)，鉛酸電池與大電流放電電阻并聯(lián)，同一時(shí)刻只有一個鉛酸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)在一起后接于鉛酸電池組的負(fù)極； 所述鉛酸電池為基本鉛酸電池單元即單體鉛酸電池或者由多個基本鉛酸電池單元并聯(lián)組成的鉛酸電池磚； (2)步驟(I)設(shè)置的鉛酸電池系統(tǒng)按照以下步驟運(yùn)行: a.單片機(jī)控制器與鉛酸電池電壓檢測模塊通信，獲得每個鉛酸電池的電壓； b.單片機(jī)控制器根據(jù)獲得的N個鉛酸電池電壓，找出電壓值最大的鉛酸電池，其中N大于等于2; c.單片機(jī)控制器求出所有鉛酸電池電壓的平均值； d.當(dāng)電壓值最大的鉛酸電池電壓與所有鉛酸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)通過控制電壓最大鉛酸電池對應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器使電壓值最大的鉛酸電池與大電流放電電阻并聯(lián)，對鉛酸電池進(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)基于單片機(jī)控制的鉛酸電池大電流均衡。
【文檔編號】H02J7/00GK105846507SQ201610337668
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月22日
【發(fā)明人】鐘志賢, 張烈平
【申請人】桂林理工大學(xué)