鋰電池充電均衡控制研究

摘要 為避免個(gè)別單體的過充、過放導(dǎo)致電池組性能下降甚至失效，需對(duì)電池組中各單體之間實(shí)現(xiàn)均衡控制，從而提高電池組使用壽命。文中設(shè)計(jì)了一種基于STM32F103RB的電池組均衡控制器，提出了消除單體電池不一致性的均衡充電控制策略，為鑒別即將報(bào)廢電池提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞 鋰電池；性能下降；STM32F103RB；均衡控制器

一組鋰離子電池由串聯(lián)多個(gè)單體電池組成，充電時(shí)通過每個(gè)單體電池的電流相等，但由于每個(gè)單體電池容量的差異，會(huì)出現(xiàn)充放不完全的現(xiàn)象，加之鋰離子電池的自然老化，還會(huì)加劇電池單元容量的變化，統(tǒng)計(jì)上表現(xiàn)為電池組中的單個(gè)電池單元容量的正態(tài)分布的均值左移，且峭度逐漸減小，甚至經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，小部分電池單元的有效容量近乎為零，如圖1所示。為解決充電過程中由電池組的不均衡所帶來的問題，需要在充電過程中采取各種控制手段，使所有電池在溫升正常的前提下，能同時(shí)充足電，以實(shí)現(xiàn)均衡充電。

1 系統(tǒng)概述
鋰電池組均衡控制系統(tǒng)由如圖2所示的檢測(cè)部分和均衡控制部分組成。充電過程由控制器STM32F103RB進(jìn)行統(tǒng)一管理，包括轉(zhuǎn)換充電方式，檢測(cè)電池的狀態(tài)以及進(jìn)行充電均衡控制等。由于STM32F103RB內(nèi)置有128 kB的Flash和20 kB的SRAM，而且有豐富的增強(qiáng)I／O端口和外設(shè)：包含16通道12位的ADC、4個(gè)通用16位定時(shí)器、1路CAN總線接口等，所以其能滿足各種場(chǎng)合下的要求，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池的智能充電控制。系統(tǒng)選用電池監(jiān)測(cè)芯片DS2438來檢測(cè)電池的端電壓和電池溫度。由于DS2438內(nèi)部有A／D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字溫度傳感器，在鋰電池的均衡控制過程中要獲得電池電壓、溫度，只需ARM處理器對(duì)其發(fā)出采集電壓、溫度的控制命令即可。DS2438采用單線制，僅占用ARM處理器的少量口線。另外，每片DS2438都擁有唯一的序列號(hào)，系統(tǒng)中的每個(gè)電池由一個(gè)芯片來標(biāo)識(shí)，方便觀察及記錄單體電池的狀態(tài)。主控制器與充電樁進(jìn)行通信，反饋電池的電壓、電流、溫度、電量等參數(shù)，以便充電樁向充電機(jī)發(fā)送控制指令、開關(guān)量信號(hào)，對(duì)充電機(jī)的啟停進(jìn)行控制，并能獲取充電機(jī)的工作狀態(tài)信息。