一种基于FPGA控制的铅酸电池大电流均衡方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FPGA控制的铅酸电池大电流均衡方法。设置一套铅酸电池控制系统，包括至少两个串联的铅酸电池、与铅酸电池数量相等的第一接触器和第二接触器、大电流放电电阻、铅酸电池电压检测模块、FPGA控制器和保护装置。FPGA控制器通过铅酸电池电压检测模块获得各个铅酸电池的电压，当铅酸电池之间的均衡度大于设定阀值时，将电压最大的铅酸电池根据设定的时间通过大电流放电电阻放电。本发明专利技术采用FPGA作为主要均衡控制器，降低系统的成本。本发明专利技术采用接触器矩阵方式，实现对铅酸电池的大电流放电，以提高均衡的可靠性，并实现大电流放电。本发明专利技术方法操作简单，安全可靠，均衡效果好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铅酸电池组均衡
，特别涉及一种基于FPGA控制的铅酸电池大电流均衡方法。
技术介绍
燃油汽车的发展造成了石油资源的巨大消耗，全球能源危机的不断加深，同时加剧了温室效应和大气污染的危害。世界上大多数国家、政府以及汽车企业都普遍认识到节能减排是未来汽车产业的发展方向，而发展电动汽车将是解决这个难点的最佳办法。电动汽车具有噪声低，无尾气排放、环境友好，热效率高，排放低，可回收利用，改善能源结构等优点。各汽车生产企业正积极研发电动汽车，中国政府也在积极推广电动汽车。电动汽车根据动力源可以大致分为纯电动汽车，混合电动汽车和燃料电池电动汽车。这些电动汽车一般会配置电池作为储能元件，特别是纯电动汽车中广泛应用多串电池作为动力源。铅酸电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。由于铅酸电池组的各个单体都是不同的个体，在生产工艺，生产时间等因素导致电池性能指标存在差别。虽然随着技术的不断进步，出厂前，铅酸电池内部之间的差别不断缩小，但是使用过程中微弱的不一致性会随着使用条件被不断放大。这样的不一致性将导致整组铅酸电池的容量与设计值偏差越来越大。在充电过程中，容量小的单体将首先被充满，导致其他容量的电池不能获得足够的容量；在放电过程中，容量小的单体首先被放电到截止电压，整组电池将停止放电。这样的不一致性问题的存在，造成铅酸电池组的可用容量和使用寿命等方面远不及单体电池，并且加大了对电池进行管理和控制的难度。实践表明，当电池组的一致性问题发展到个别电池发生容量大幅减小，内阻显著提高等情况时，整组电池的性能会在短时间快速恶化，从而使整个电池组报废。为了解决铅酸电池组不一致性问题，人们提出了铅酸电池的均衡技术。均衡管理的主要内容是检测铅酸电池组的电压，电流等参数，对这些参数进行识别，分析电池的一致性，通过控制装置对能量体高的单体进行放电，使各个单体的状态趋于一致。通过有效的均衡控制策略和均衡电路可以改善电池组的一致性问题，能够延长电池组的寿命，降低电池组的维护成本，使安全高效智能使用的电动汽车获得推广。目前通用的均衡方法是对每个铅酸电池配置一个放电电阻，通过检查每个单体的电压，对单体比较高的单体通过自己对应的放电电阻进行放电。当铅酸电池容量比较大时，该放电电阻放电电流将很难满足快速均衡的要求。如果将每个铅酸电池对应的放电电阻功率变大，其体积和散热将面对新的挑战，现有采用电阻均衡的方法很少有大电流均衡的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于FPGA控制的铅酸电池大电流均衡方法。具体步骤为：(1)设置一套铅酸电池控制系统，包括铅酸电池组、大电流放电电阻、铅酸电池电压检测模块、FPGA控制器和保护装置，其中铅酸电池组包括至少二个串联的铅酸电池，每个铅酸电池均对应一个第一接触器和一个第二接触器；铅酸电池的正极通过其对应的第一接触器连接于大电流放电电阻的第一端，铅酸电池的负极通过其对应的第二接触器连接于大电流放电电阻的第二端；铅酸电池的正极和负极与铅酸电池电压检测模块能够通电地相连接；FPGA控制器包括CAN端子和控制端子，CAN端子与铅酸电池电压检测模块接，控制端子与第一接触器和第二接触器的控制端子连接；FPGA控制器控制铅酸电池对应的第一接触器和第二接触器导通时，铅酸电池与大电流放电电阻并联，同一时刻只有一个铅酸电池与大电流放电电阻并联；保护装置包括直流接触器和自恢复保险丝，直流接触器和自恢复保险丝串联在一起后连接于铅酸电池组的负极。所述铅酸电池为基本铅酸电池单元即单体铅酸电池或者由多个基本铅酸电池单元并联组成的铅酸电池砖。(2)步骤(1)设置的铅酸电池控制系统按照以下步骤运行：a.FPGA控制器与铅酸电池电压检测模块通信，获得每个铅酸电池的电压。b.FPGA控制器根据获得的N个铅酸电池电压，找出电压最大的铅酸电池，其中N大于等于2。c.FPGA控制器求出所有铅酸电池的平均电压。d.当电压最大的铅酸电池与所有铅酸电池平均电压偏差大于一设定阀值时跳入步骤e，否则回到步骤a。e.FPGA控制器通过控制电压最大的铅酸电池对应的第一接触器和第二接触器使电压最大的铅酸电池与大电流放电电阻并联，对铅酸电池进行放电。f.等待设定的时间T，FPGA控制器通过控制端子断开所有接触器开关，程序返回步骤a。(3)完成步骤(2)即实现基于FPGA控制的铅酸电池大电流均衡。本专利技术使用一套铅酸电池控制系统，该系统包括铅酸电池的充放电均衡装置，使铅酸电池系统在充放电过程中得到有效的管理和均衡，以提高铅酸电池系统的能效和使用寿命，并降低铅酸电池系统的维护成本。本专利技术采用FPGA作为主要均衡控制器，降低系统的成本。本专利技术采用接触器矩阵方式，实现对铅酸电池的大电流放电，以提高均衡的可靠性，并实现大电流放电。本专利技术方法操作简单，安全可靠，均衡效果好。附图说明图1为本专利技术实施例中使用的铅酸电池控制系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例充放电过程中的均衡控制方法流程图。具体实施方式实施例：下面结合附图对本专利技术进一步说明。以下描述用于揭露本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本专利技术的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本专利技术的精神和范围的其他技术方案。如图1所示，一种基于FPGA控制的铅酸电池大电流均衡方法，具体步骤为：(1)设置一套铅酸电池控制系统，包括铅酸电池组、大电流放电电阻R（自带散热器的大功率电阻）、铅酸电池电压检测模块、FPGA控制器和保护装置，其中铅酸电池组包括至少二个串联的铅酸电池，每个铅酸电池均对应一个第一接触器和一个第二接触器；铅酸电池的正极通过其对应的第一接触器连接于大电流放电电阻R的第一端，铅酸电池的负极通过其对应的第二接触器连接于大电流放电电阻R的第二端；铅酸电池的正极和负极与铅酸电池电压检测模块能够通电地相连接；FPGA控制器包括CAN端子和控制端子，CAN端子与铅酸电池电压检测模块接，控制端子与第一接触器和第二接触器的控制端子连接；FPGA控制器控制铅酸电池对应的第一接触器和第二接触器导通时，铅酸电池与大电流放电电阻R并联，同一时刻只有一个铅酸电池与大电流放电电阻R并联；保护装置包括直流接触器和自恢复保险丝，直流接触器和自恢复保险丝串联在一起后连接于铅酸电池组的负极。所述铅酸电池为基本铅酸电池单元即单体铅酸电池。均衡对象铅酸电池1的负极与均衡对象铅酸电池2的正极连接，所述均衡对象铅酸电池2的负极与均衡对象铅酸电池3的正极连接，依次串联各个均衡对象铅酸电池，直到均衡对象铅酸电池N-1的负极与均衡对象铅酸电池N的正极连接，所有铅酸电池依次串联组成铅酸电池组，在所述铅酸电池组中，所述均衡对象铅酸电池1的正极为所述铅酸电池组的正极，所述均衡对象铅酸电池N的负极为所述铅酸电池组的负极。每个所述均衡对象铅酸电池的正极通过对应的所述第一接触器与所述大电流放电电阻R的第一端连接，每个所述均衡对象铅酸电池的负极通过对应的所述第二接触器与所述大电流放电电阻R的第二端连接，所述第一接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA控制的铅酸电池大电流均衡方法，其特征在于具体步骤为：(1)设置一套铅酸电池控制系统，包括铅酸电池组、大电流放电电阻、铅酸电池电压检测模块、FPGA控制器和保护装置，其中铅酸电池组包括至少二个串联的铅酸电池，每个铅酸电池均对应一个第一接触器和一个第二接触器；铅酸电池的正极通过其对应的第一接触器连接于大电流放电电阻的第一端，铅酸电池的负极通过其对应的第二接触器连接于大电流放电电阻的第二端；铅酸电池的正极和负极与铅酸电池电压检测模块能够通电地相连接；FPGA控制器包括CAN端子和控制端子，CAN端子与铅酸电池电压检测模块接，控制端子与第一接触器和第二接触器的控制端子连接；FPGA控制器控制铅酸电池对应的第一接触器和第二接触器导通时，铅酸电池与大电流放电电阻并联，同一时刻只有一个铅酸电池与大电流放电电阻并联；保护装置包括直流接触器和自恢复保险丝，直流接触器和自恢复保险丝串联在一起后连接于铅酸电池组的负极；所述铅酸电池为基本铅酸电池单元即单体铅酸电池或者由多个基本铅酸电池单元并联组成的铅酸电池砖；(2)步骤(1)设置的铅酸电池控制系统按照以下步骤运行：a. FPGA控制器与铅酸电池电压检测模块通信，获得每个铅酸电池的电压；b. FPGA控制器根据获得的N个铅酸电池电压，找出电压最大的铅酸电池，其中N大于等于2；c. FPGA控制器求出所有铅酸电池的平均电压；d. 当电压最大的铅酸电池与所有铅酸电池平均电压偏差大于一设定阀值时跳入步骤e，否则回到步骤a；e. FPGA控制器通过控制电压最大的铅酸电池对应的第一接触器和第二接触器使电压最大的铅酸电池与大电流放电电阻并联，对铅酸电池进行放电；f. 等待设定的时间T，FPGA控制器通过控制端子断开所有接触器开关，程序返回步骤a；(3)完成步骤(2)即实现基于FPGA控制的铅酸电池大电流均衡。...

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA控制的铅酸电池大电流均衡方法，其特征在于具体步骤为：(1)设置一套铅酸电池控制系统，包括铅酸电池组、大电流放电电阻、铅酸电池电压检测模块、FPGA控制器和保护装置，其中铅酸电池组包括至少二个串联的铅酸电池，每个铅酸电池均对应一个第一接触器和一个第二接触器；铅酸电池的正极通过其对应的第一接触器连接于大电流放电电阻的第一端，铅酸电池的负极通过其对应的第二接触器连接于大电流放电电阻的第二端；铅酸电池的正极和负极与铅酸电池电压检测模块能够通电地相连接；FPGA控制器包括CAN端子和控制端子，CAN端子与铅酸电池电压检测模块接，控制端子与第一接触器和第二接触器的控制端子连接；FPGA控制器控制铅酸电池对应的第一接触器和第二接触器导通时，铅酸电池与大电流放电电阻并联，同一时刻只有一个铅酸电池与大电流放电电阻并联；保护装置包括直流接触器和自恢复保险丝，直流接触器...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟志贤，张烈平，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西;45