一種基于大容量鋰電池的均衡充電控制裝置及方法與流程

本發明屬于電池管理系統領域，具體說是一種基于大容量鋰電池的均衡充電控制裝置及方法。

背景技術：

目前電動叉車通常采用鉛酸蓄電池為其提供動力，由于鉛酸電池具有電壓平臺低，重量重，比能量低，不環保等特點，其在叉車領域應用越來越受到限制，鋰蓄電池組作為新興的二次電池，以其電壓平臺高、比能量大、壽命長，無污染等優勢越來越受到各種工業行業的青睞，得到廣泛的應用。

鋰電池組過充、過放、充電不均衡，將影響其循環壽命，降低性能，甚至引起安全事故，這對電動叉車的安全性、可靠性具有很大影響，因此必須配備具有高可靠性的鋰電池組管理系統。而目前針對這種大容量的鋰電池組(一般400Ah到600Ah)，均衡控制是技術難點。傳統的比較成熟的被動均衡方式(靠電阻放電)，均衡電流小(一般100mA-500mA)，均衡時間長,電阻容易發熱,不適合使用在電動叉車領域。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明針對大容量鋰電池設計了一種適用于大容量電動叉車動力鋰電池組系統的高效率、高可靠性、性能穩定的均衡充電裝置及方法。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種基于大容量鋰電池的均衡充電控制裝置，控制器的輸出端連接MOS管的G極，MOS管的S極接地，D極連接雙觸點繼電器的控制端和二極管正極，二極管負極和雙觸點繼電器的控制端連接電源正極，雙觸點繼電器的一個觸點兩端連接電池正極和電源正極，另一觸點連接電源負極和同一節電池負極。

一種基于大容量鋰電池的均衡充電控制方法，對鋰電池組進行串充電方法 的同時，進行均衡充電方法。

所述串充電方法為：

開始充電，判斷如果最高單體電壓大于平臺期上限，則進行0.03C恒流充電且使所有單體電池恒壓到均衡上限；

判斷最高單體電壓是否達到飽和電壓，如果是，則記錄數據并結束串充電過程；否則繼續進行0.03C恒流充電。

如果最高單體電壓不大于平臺期上限，則判斷單體電池預充電是否達到規定時間；

如果預充電達到規定時間，則進行0.3C恒流充電，并重新判斷最高單體電壓是否大于平臺期上限；否則對單體電池進行預充電，并重新判斷最高單體電壓是否大于平臺期上限。

所述預充電為對單體電池進行0.03C的恒流充電。

所述均衡充電方法為：

判斷最低單體電壓是否大于均衡截止電壓，如果是，則關閉均衡，記錄數據，否則判斷是否正在均衡；

如果正在均衡，則判斷如果最低單體電壓沒有達到電壓平均值，則返回判斷最低單體電壓是否大于均衡截止電壓；

如果當前不在均衡或者最低單體電壓達到電壓平均值，則判斷單體電壓差的最大值是否大于電壓差值閾值，如果是，則進行均衡條件判斷，對最低單體電壓的單體進行均衡充電，繼續判斷最低單體電壓是否大于均衡截止電壓，否則直接返回判斷最低單體電壓是否大于均衡截止電壓。

本發明具有以下有益效果及優點：

1.本發明利用5V電源直接對電池組進行均衡，不會產生能源的浪費。

2.本發明不會產生被動均衡中分流電阻產生大量熱能使電路板發熱的問題，利于進行熱管理。

3.本發明采用主動均衡方法，均衡效率得到了大大提高。

附圖說明

圖1本發明的部分均衡控制電路圖；

圖2本發明的串充電程序流程圖；

圖3本發明的均衡充電程序流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的詳細說明。

如圖1所示為本發明的均衡充電控制裝置圖。這是針對于第一節電池(從電池組負極開始)的單獨充電控制電路。Control1接控制控制芯片的I/O口，I/O口驅動MOS管Q1，Q1導通后，繼電器K1的控制端得到供電電源，繼電器的2個開關閉合，均衡電源加載到第一節電池上為其充電。圖中D3、D4二極管確定了電流的方向，對電路起到保護作用。

如圖2所示為本發明的串充電程序流程圖。第一階段：小電流預充電。小電流預充電目的在于電池之前互沖以及延長電池壽命。預充電使用最大電流的十分之一恒流充電(即0.03C)，時間為5分鐘。第二階段：恒流0.3C充電。當最高單體電池電壓超過電壓平臺期，達到平臺期上限(3.45V左右)，停止第二階段。第三階段：恒流0.1C充電，并將串充總電壓恒壓到均衡上限(3.6V)。若任一單體電池超過飽和電壓，停止串充充電。

當串充電結束的瞬間，即最高單體到達上限電壓的時候，記錄電池組每一節的單體電壓。判斷有哪幾節單體在串充電結束時仍未超過電壓平臺期，為下一次均衡充電提供數據基礎。

串充電方法為：

步驟1：開始充電，判斷如果最高單體電壓大于平臺期上限，進入步驟5否則進入步驟2；

步驟2：判斷若預充電達到5分鐘，進入步驟4，否則進入步驟3；

步驟3：對電池進行0.03C恒流預充電，返回步驟1；

步驟4：對電池進行0.3C恒流充電，返回步驟1；

步驟5：進行0.03C恒流充電并且所有電池恒壓到均衡上限；

步驟6：判斷若單體電壓飽和電壓，則記錄數據并結束串充，否則返回步驟5。

如圖3所示為本發明的均衡充電程序流程圖。在電池組充電過程中，BMS實時監測每一節單體電池的電壓，當單體電池之間電壓最大差達到均衡閾值(50mV左右)，啟動均衡充電對電壓最小的單體電池進行充電，直到其達到單體電池電壓的平均值。之后重新進行均衡條件判斷。若電池組已使用很長時間，電池組一致性變差，根據充電的歷史記錄，在串充電前期，單體電池之間電壓最大差未達到均衡閾值，便開啟均衡，以取得更好的均衡效果。

均衡充電的最終結果為每一節單體電壓均超過電壓平臺期，這樣整個電池組才算真正意義上的充滿電。

均衡充電方法為：

步驟1：判斷若最低單體電壓大于均衡截止電壓，則關閉均衡，記錄數據，并結束均衡，否則進入步驟2；

步驟2：判斷若電池在均衡，進入步驟3，否則進:4

步驟3：判斷若處于均衡狀態的電壓最低單體電池達到電壓平均值，則進入步驟4，否則返回步驟1；

步驟4：判斷若單體壓差大于電壓差值閾值，則進行均衡條件判斷，對最低電壓單體進行均衡充電，返回步驟1，否則直接返回步驟1。