鋰電池充電均衡控制研究

摘要 為避免個別單體的過充、過放導致電池組性能下降甚至失效，需對電池組中各單體之間實現(xiàn)均衡控制，從而提高電池組使用壽命。文中設計了一種基于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，為鑒別即將報廢電池提供了理論依據(jù)。
關鍵詞 鋰電池；性能下降；STM32F103RB；均衡控制器

一組鋰離子電池由串聯(lián)多個單體電池組成，充電時通過每個單體電池的電流相等，但由于每個單體電池容量的差異，會出現(xiàn)充放不完全的現(xiàn)象，加之鋰離子電池的自然老化，還會加劇電池單元容量的變化，統(tǒng)計上表現(xiàn)為電池組中的單個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，能同時充足電，以實現(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所示的檢測部分和均衡控制部分組成。充電過程由控制器STM32F103RB進行統(tǒng)一管理，包括轉換充電方式，檢測電池的狀態(tài)以及進行充電均衡控制等。由于STM32F103RB內(nèi)置有128 kB的Flash和20 kB的SRAM，而且有豐富的增強I／O端口和外設：包含16通道12位的ADC、4個通用16位定時器、1路CAN總線接口等，所以其能滿足各種場合下的要求，可以實現(xiàn)對鋰離子電池的智能充電控制。系統(tǒng)選用電池監(jiān)測芯片DS2438來檢測電池的端電壓和電池溫度。由于DS2438內(nèi)部有A／D轉換器和數(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，系統(tǒng)中的每個電池由一個芯片來標識，方便觀察及記錄單體電池的狀態(tài)。主控制器與充電樁進行通信，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發(fā)送控制指令、開關量信號，對充電機的啟停進行控制，并能獲取充電機的工作狀態(tài)信息。