锂电池主动均衡控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锂电池技术领域；尤其是一种基于S0C的锂电池均衡的锂电池主动均 衡控制装置。
【背景技术】
[0002] 随着锂电池技术的发展和节能环保的受到各方面越来越多的重视，锂电池的应用 领域越来越广阔，如便携式电子产品、电动汽车以及太阳能发电系统等新能源领域。锂离 子电池是至今能量比最高的蓄电池，其比重量达130小时瓦每公斤，单体电池放电电压3. 6 伏，均比镉镍电池高三倍。除此之外，锂离子电池有热效应小，无记忆效应，充电效率比镉镍 和氢镍电池高。但是，由于其放电电压不高，在很多应用场合需要多组电池串联使用，以达 到足够的输出电压和输出功率。由于电池组中各个单体电池之间存在不一致，经过连续的 充放电循环后，各个单体电池的荷电状态会出现严重的不平衡，表现为单体电池之间的电 压发散越来越大，这将会对电池造成永久性的损坏。
[0003] 目前，锂电池均衡电路从均衡过程中电路对能量的消耗情况来看，可分为能量耗 散型和能量非耗散型。能量耗散型的缺点是效率低，且无法控制分流的电流。对于能量非 耗散型的均衡方案，国内采用较多的是开关电容法和DC-DC变换器法。开关电容法的缺点 是可靠性不强，只能实现电压均衡，无法做到荷电状态均衡，且均衡时间长。而DC-DC变换 器方案有多种拓扑，当前应用较多的方案可分为集中式变压器法和分布式均衡法。集中式 变压器法是通过一个多输出的变压器将能量传递到电压最低的电池中。这种结构的均衡法 的缺点是不易于模块化。分布式的结构是在每个电池单体两端并联一个均衡电路，属于放 电式均衡，即能量过高的电池向整个电池组或者其余某些电池放电，其特点是易于模块化， 不足之处在于器件较多。
[0004] 电池的荷电状态（英文：State of Charge,简称S0C)作为电动汽车运行时的重 要参数，其准确估算可以为电池管理系统和剩余里程预测提供必要的数据支持，进而有效 防止电池过充、过放，延长电池寿命，降低电动汽车的运行成本。但是S0C不是可以直接测 量的物理量，电池本身是封闭的电化学反应，电动汽车运行时伴随着电流的剧烈变化呈现 很强的非线性导致S0C估算困难。国内外学者对锂电池的S0C估算进行了大量研究提出了 多种S0C估算的科学方法。其中放电试验法能够得到较为精确的S0C估算值，但要中断电 池正在进行的工作，不能应用于实车；电流积分法虽能够实时估算电池的S0C但其不能自 动确定初值，且误差随时间进一步增大，会由于误差的积累导致估算不精确；开路电压法只 能在电池电流为零时准确估算，需要电池静置足够长的时间，因而不能实时估算；神经网络 法需要大量的训练数据及合适的训练算法，且易受干扰，不适用于电流变化剧烈的工况。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种锂电池主动均衡控制装置，它可以解决现有的锂电池均 衡方案存在的不易于模块化、器件较多并且对S0C估算不精确的问题。
[0006] 为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种锂电池主动均衡控制装置，包 括DC/DC电源模块和主控单元，所述DC/DC电源模块与所述主控单元连接；所述主控单元分 别与锂电池主动均衡模块，电压检测模块，电流检测模块和显示模块连接。
[0007] 上述技术方案中，更为具体的方案还可以是：所述锂电池主动均衡模块包括稳压 处理电路和隔离DC/DC电路；所述稳压处理电路的输入端接收从串联锂电池组输送过来的 电压信号，其第一输出端与所述隔离DC/DC电路的输入端连接，其第二输出端与反相器的 第二输入端连接；所述隔离DC/DC电路的输出端与高速光耦隔离电路的第二输入端连接， 所述高速光耦隔离电路的输出端与所述反相器的第一输入端连接，所述反相器的输出端与 开关电路的输入端连接，所述开关电路的输出端与储能电感电路的输入端连接，所述储能 感电路的输出端与所述串联锂电池组连接；高速光耦隔离电路的第一输入端接收主控单元 的控制信号。
[0008] 更进一步：所述主控单元为TMS320F28335数字信号处理器；所述稳压处理电路为 12伏稳压处理电路；所述隔离DC/DC电路为12伏转5伏隔离DC/DC电路。
[0009] 进一步：所述反相器为74HC04反相器。
[0010] 由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：由于本发 明中设置有锂电池主动均衡模块，在锂电池主动均衡模块中设有升降压储能电路，它做为 能量传输的载体，可以将能量由荷电状态高的电池转移至电感，再从电感转移到荷电状态 低的电池，以实现能量的流动。
[0011] 本发明采用无迹卡尔曼滤波（UncentedKalmanFilter,UKF)应用到锂电池S0C 估算中，使估算达到更高的精度。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的方框示意图。
[0013] 图2是锂电池主动均衡模块的方框示意图。
[0014]图 3 是Thevenin模型图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述： 图1和图2所示的锂电池主动均衡控制装置，包括DC/DC电源模块1和主控单元2，DC/DC电源模块1与主控单元2连接；主控单元2分别与锂电池主动均衡模块3,电压检测模块 5,电流检测模块6和显示模块4连接。
[0016] 其中，锂电池的电压和电流的检测由主控单元2控制电压检测模块5和电流检测 模块6进行；无迹卡尔曼滤波（UncentedKalmanFilter,简称UKF)算法的运算由主控单 元2完成；主动均衡的控制由主控单元2控制锂电池主动均衡模块3完成；电池组平均荷电 状态(荷电状态，简称S0C)和电池组单体电池压差最大值通过显示模块4显示。
[0017] 锂电池主动均衡模块3包括稳压处理电路3-1和隔离DC/DC电路3-2;稳压处理电 路3-1的输入端接收从串联锂电池组输送过来的电压信号，其第一输出端与隔离DC/DC电 路3-2的输入端连接，其第二输出端与反相器3-4的第二输入端连接；隔离DC/DC电路3-2 的输出端与高速光耦隔离电路3-3的第二输入端连接，高速光耦隔离电路3-3的输出端与 反相器3-4的第一输入端连接，反相器3-4的输出端与开关电路3-5的输入端连接，开关电 路3-5的输出端与储能电感电路3-6的输入端连接，储能电感电路3-6的输出端与串联锂 电池组连接；高速光耦隔离电路3-3的第一输入端接收主控单元2的控制信号。
[0018] 本实施例中，主控单元2为TMS320F28335数字信号处理器；稳压处理电路3-1为 12伏稳压处理电路；隔离DC/DC电路3-2为12伏转5伏隔离DC/DC电路；反相器3-4为 74HC04反相器。
[0019] 12V稳压处理电路3-1是将串联锂电池组的端电压进行稳压，以给74HC04反相器 3-4提供电源；12V转5V隔离DC/DC电路3-2是利用12V稳压处理电路3-1输