鋰電池主動均衡控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋰電池技術領域；尤其是一種基于S0C的鋰電池均衡的鋰電池主動均 衡控制裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著鋰電池技術的發展和節能環保的受到各方面越來越多的重視，鋰電池的應用 領域越來越廣闊，如便攜式電子產品、電動汽車以及太陽能發電系統等新能源領域。鋰離 子電池是至今能量比最高的蓄電池，其比重量達130小時瓦每公斤，單體電池放電電壓3. 6 伏，均比鎘鎳電池高三倍。除此之外，鋰離子電池有熱效應小，無記憶效應，充電效率比鎘鎳 和氫鎳電池高。但是，由于其放電電壓不高，在很多應用場合需要多組電池串聯使用，以達 到足夠的輸出電壓和輸出功率。由于電池組中各個單體電池之間存在不一致，經過連續的 充放電循環后，各個單體電池的荷電狀態會出現嚴重的不平衡，表現為單體電池之間的電 壓發散越來越大，這將會對電池造成永久性的損壞。
[0003] 目前，鋰電池均衡電路從均衡過程中電路對能量的消耗情況來看，可分為能量耗 散型和能量非耗散型。能量耗散型的缺點是效率低，且無法控制分流的電流。對于能量非 耗散型的均衡方案，國內采用較多的是開關電容法和DC-DC變換器法。開關電容法的缺點 是可靠性不強，只能實現電壓均衡，無法做到荷電狀態均衡，且均衡時間長。而DC-DC變換 器方案有多種拓撲，當前應用較多的方案可分為集中式變壓器法和分布式均衡法。集中式 變壓器法是通過一個多輸出的變壓器將能量傳遞到電壓最低的電池中。這種結構的均衡法 的缺點是不易于模塊化。分布式的結構是在每個電池單體兩端并聯一個均衡電路，屬于放 電式均衡，即能量過高的電池向整個電池組或者其余某些電池放電，其特點是易于模塊化， 不足之處在于器件較多。
[0004] 電池的荷電狀態（英文：State of Charge,簡稱S0C)作為電動汽車運行時的重 要參數，其準確估算可以為電池管理系統和剩余里程預測提供必要的數據支持，進而有效 防止電池過充、過放，延長電池壽命，降低電動汽車的運行成本。但是S0C不是可以直接測 量的物理量，電池本身是封閉的電化學反應，電動汽車運行時伴隨著電流的劇烈變化呈現 很強的非線性導致S0C估算困難。國內外學者對鋰電池的S0C估算進行了大量研究提出了 多種S0C估算的科學方法。其中放電試驗法能夠得到較為精確的S0C估算值，但要中斷電 池正在進行的工作，不能應用于實車；電流積分法雖能夠實時估算電池的S0C但其不能自 動確定初值，且誤差隨時間進一步增大，會由于誤差的積累導致估算不精確；開路電壓法只 能在電池電流為零時準確估算，需要電池靜置足夠長的時間，因而不能實時估算；神經網絡 法需要大量的訓練數據及合適的訓練算法，且易受干擾，不適用于電流變化劇烈的工況。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種鋰電池主動均衡控制裝置，它可以解決現有的鋰電池均 衡方案存在的不易于模塊化、器件較多并且對S0C估算不精確的問題。
[0006] 為了解決上述問題，本發明采用的技術方案是：這種鋰電池主動均衡控制裝置，包 括DC/DC電源模塊和主控單元，所述DC/DC電源模塊與所述主控單元連接；所述主控單元分 別與鋰電池主動均衡模塊，電壓檢測模塊，電流檢測模塊和顯示模塊連接。
[0007] 上述技術方案中，更為具體的方案還可以是：所述鋰電池主動均衡模塊包括穩壓 處理電路和隔離DC/DC電路；所述穩壓處理電路的輸入端接收從串聯鋰電池組輸送過來的 電壓信號，其第一輸出端與所述隔離DC/DC電路的輸入端連接，其第二輸出端與反相器的 第二輸入端連接；所述隔離DC/DC電路的輸出端與高速光耦隔離電路的第二輸入端連接， 所述高速光耦隔離電路的輸出端與所述反相器的第一輸入端連接，所述反相器的輸出端與 開關電路的輸入端連接，所述開關電路的輸出端與儲能電感電路的輸入端連接，所述儲能 感電路的輸出端與所述串聯鋰電池組連接；高速光耦隔離電路的第一輸入端接收主控單元 的控制信號。
[0008] 更進一步：所述主控單元為TMS320F28335數字信號處理器；所述穩壓處理電路為 12伏穩壓處理電路；所述隔離DC/DC電路為12伏轉5伏隔離DC/DC電路。
[0009] 進一步：所述反相器為74HC04反相器。
[0010] 由于采用了上述技術方案，本發明與現有技術相比，具有的有益效果是：由于本發 明中設置有鋰電池主動均衡模塊，在鋰電池主動均衡模塊中設有升降壓儲能電路，它做為 能量傳輸的載體，可以將能量由荷電狀態高的電池轉移至電感，再從電感轉移到荷電狀態 低的電池，以實現能量的流動。
[0011] 本發明采用無跡卡爾曼濾波（UncentedKalmanFilter,UKF)應用到鋰電池S0C 估算中，使估算達到更高的精度。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明的方框示意圖。
[0013] 圖2是鋰電池主動均衡模塊的方框示意圖。
[0014]圖 3 是Thevenin模型圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳述： 圖1和圖2所示的鋰電池主動均衡控制裝置，包括DC/DC電源模塊1和主控單元2，DC/DC電源模塊1與主控單元2連接；主控單元2分別與鋰電池主動均衡模塊3,電壓檢測模塊 5,電流檢測模塊6和顯示模塊4連接。
[0016] 其中，鋰電池的電壓和電流的檢測由主控單元2控制電壓檢測模塊5和電流檢測 模塊6進行；無跡卡爾曼濾波（UncentedKalmanFilter,簡稱UKF)算法的運算由主控單 元2完成；主動均衡的控制由主控單元2控制鋰電池主動均衡模塊3完成；電池組平均荷電 狀態(荷電狀態，簡稱S0C)和電池組單體電池壓差最大值通過顯示模塊4顯示。
[0017] 鋰電池主動均衡模塊3包括穩壓處理電路3-1和隔離DC/DC電路3-2;穩壓處理電 路3-1的輸入端接收從串聯鋰電池組輸送過來的電壓信號，其第一輸出端與隔離DC/DC電 路3-2的輸入端連接，其第二輸出端與反相器3-4的第二輸入端連接；隔離DC/DC電路3-2 的輸出端與高速光耦隔離電路3-3的第二輸入端連接，高速光耦隔離電路3-3的輸出端與 反相器3-4的第一輸入端連接，反相器3-4的輸出端與開關電路3-5的輸入端連接，開關電 路3-5的輸出端與儲能電感電路3-6的輸入端連接，儲能電感電路3-6的輸出端與串聯鋰 電池組連接；高速光耦隔離電路3-3的第一輸入端接收主控單元2的控制信號。
[0018] 本實施例中，主控單元2為TMS320F28335數字信號處理器；穩壓處理電路3-1為 12伏穩壓處理電路；隔離DC/DC電路3-2為12伏轉5伏隔離DC/DC電路；反相器3-4為 74HC04反相器。
[0019] 12V穩壓處理電路3-1是將串聯鋰電池組的端電壓進行穩壓，以給74HC04反相器 3-4提供電源；12V轉5V隔離DC/DC電路3-2是利用12V穩壓處理電路3-1輸