一種基於ARM控制的鎳氫電池大電流均衡方法與流程
2023-05-23 00:33:31 1
本發明屬於鎳氫電池組的均衡技術領域，特別涉及一種基於ARM控制的鎳氫電池大電流均衡方法。
背景技術：
燃油汽車的發展造成了石油資源的巨大消耗，全球能源危機的不斷加深，同時加劇了溫室效應和大氣汙染的危害。世界上大多數國家、政府以及汽車企業都普遍認識到節能減排是未來汽車產業的發展方向，而發展電動汽車將是解決這個難點的最佳辦法。電動汽車具有噪聲低，無尾氣排放、環境友好，熱效率高，排放低，可回收利用，改善能源結構等優點。各汽車生產企業正積極研發電動汽車，中國政府也在積極推廣電動汽車。電動汽車根據動力源可以大致分為純電動汽車，混合電動汽車和燃料電池電動汽車。這些電動汽車一般會配置電池作為儲能元件，特別是純電動汽車中廣泛應用多串電池作為動力源。
鎳氫電池包括一個以氫氧化鎳為主要活性成分的陽極板和一個吸附氫的陰極合金板，內有一個由纖維製成的隔板，用鹼性電解液裝在金屬外殼裡，帶一塊可自動打開完全排氣的密封板。
由於鎳氫電池組的各個單體都是不同的個體，在生產工藝，生產時間等因素導致電池性能指標存在差別。雖然隨著技術的不斷進步，出廠前，鎳氫電池內部之間的差別不斷縮小，但是使用過程中微弱的不一致性會隨著使用條件被不斷放大。這樣的不一致性將導致整組鎳氫電池的容量與設計值偏差越來越大。在充電過程中，容量小的單體將首先被充滿，導致其他容量的電池不能獲得足夠的容量；在放電過程中，容量小的單體首先被放電到截止電壓，整組電池將停止放電。這樣的不一致性問題的存在，造成鎳氫電池組的可用容量和使用壽命等方面遠不及單體電池，並且加大了對電池進行管理和控制的難度。實踐表明，當電池組的一致性問題發展到個別電池發生容量大幅減小，內阻顯著提高等情況時，整組電池的性能會在短時間快速惡化，從而使整個電池組報廢。
為了解決鎳氫電池組不一致性問題，人們提出了鎳氫電池的均衡技術。均衡管理的主要內容是檢測鎳氫電池組的電壓，電流等參數，對這些參數進行識別，分析電池的一致性，通過控制裝置對能量體高的單體進行放電，使各個單體的狀態趨於一致。通過有效的均衡控制策略和均衡電路可以改善電池組的一致性問題，能夠延長電池組的壽命，降低電池組的維護成本，使安全高效智能使用的電動汽車獲得推廣。
目前通用的均衡方法是對每個鎳氫電池配置一個放電電阻，通過檢查每個單體的電壓，對單體比較高的單體通過自己對應的放電電阻進行放電。當鎳氫電池容量比較大時，該放電電阻放電電流將很難滿足快速均衡的要求。如果將每個鎳氫電池對應的放電電阻功率變大，其體積和散熱將面對新的挑戰，現有採用電阻均衡的方法很少有大電流均衡的方法。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種基於ARM控制的鎳氫電池大電流均衡方法。
具體步驟為：
(1)設置一套鎳氫電池控制系統，包括鎳氫電池組、大電流放電電阻、鎳氫電池電壓檢測模塊、ARM控制器和保護裝置，其中鎳氫電池組包括至少二個串聯的鎳氫電池，每個鎳氫電池均對應一個第一接觸器和一個第二接觸器；鎳氫電池的正極通過其對應的第一接觸器連接於大電流放電電阻的第一端，鎳氫電池的負極通過其對應的第二接觸器連接於大電流放電電阻的第二端；鎳氫電池的正極和負極與鎳氫電池電壓檢測模塊能夠通電地相連接；ARM控制器包括CAN端子和控制端子，CAN端子與鎳氫電池電壓檢測模塊接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接；ARM控制器控制鎳氫電池對應的第一接觸器和第二接觸器導通時，鎳氫電池與大電流放電電阻並聯，同一時刻只有一個鎳氫電池與大電流放電電阻並聯；保護裝置包括直流接觸器和自恢復保險絲，直流接觸器和自恢復保險絲串聯在一起後連接於鎳氫電池組的負極。
所述鎳氫電池為基本鎳氫電池單元即單體鎳氫電池或者由多個基本鎳氫電池單元並聯組成的鎳氫電池磚。
(2)步驟(1)設置的鎳氫電池控制系統按照以下步驟運行：
a. ARM控制器與鎳氫電池電壓檢測模塊通信，獲得每個鎳氫電池的電壓。
b. ARM控制器根據獲得的N個鎳氫電池電壓，找出電壓最大的鎳氫電池，其中N大於等於2。
c. ARM控制器求出所有鎳氫電池的平均電壓。
d. 當電壓最大的鎳氫電池的電壓與所有鎳氫電池的平均電壓偏差大於一設定閥值時跳入步驟e，否則回到步驟a。
e. ARM控制器通過控制電壓最大的鎳氫電池對應的第一接觸器和第二接觸器使電壓最大的鎳氫電池與大電流放電電阻並聯，對鎳氫電池進行放電。
f. 等待設定的時間T，ARM控制器通過控制端子斷開所有接觸器開關，程序返回步驟a。
(3)完成步驟(2)即實現基於ARM控制的鎳氫電池大電流均衡。
本發明使用一套鎳氫電池控制系統，該系統包括鎳氫電池的充放電均衡裝置，使鎳氫電池在充放電過程中得到有效的管理和均衡，以提高鎳氫電池的能效和使用壽命，並降低鎳氫電池的維護成本。本發明採用ARM作為主要均衡控制器，提高控制的穩定性，快速性。本發明採用接觸器矩陣方式，實現對鎳氫電池的大電流放電，以提高均衡的可靠性，並實現大電流放電。本發明方法操作簡單，安全可靠，均衡效果好。
附圖說明
圖1為本發明實施例中使用的鎳氫電池控制系統的結構示意圖。
圖2為本發明實施例充放電過程中的均衡控制方法流程圖。
具體實施方式
實施例：
下面結合附圖對本發明進一步說明。
以下描述用於揭露本發明以使本領域技術人員能夠實現本發明。以下描述中的優選實施例只作為舉例，本領域技術人員可以想到其他顯而易見的變型。在以下描述中界定的本發明的基本原理可以應用於其他實施方案、變形方案、改進方案、等同方案以及沒有背離本發明的精神和範圍的其他技術方案。
如圖1所示，一種基於ARM控制的鎳氫電池大電流均衡方法，具體步驟為：
(1)設置一套鎳氫電池控制系統，包括鎳氫電池組、大電流放電電阻R（自帶散熱器的大功率電阻）、鎳氫電池電壓檢測模塊、ARM控制器和保護裝置，其中鎳氫電池組包括至少二個串聯的鎳氫電池，每個鎳氫電池均對應一個第一接觸器和一個第二接觸器；鎳氫電池的正極通過其對應的第一接觸器連接於大電流放電電阻R的第一端，鎳氫電池的負極通過其對應的第二接觸器連接於大電流放電電阻R的第二端；鎳氫電池的正極和負極與鎳氫電池電壓檢測模塊能夠通電地相連接；ARM控制器包括CAN端子和控制端子，CAN端子與鎳氫電池電壓檢測模塊接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接；ARM控制器控制鎳氫電池對應的第一接觸器和第二接觸器導通時，鎳氫電池與大電流放電電阻R並聯，同一時刻只有一個鎳氫電池與大電流放電電阻R並聯；保護裝置包括直流接觸器和自恢復保險絲，直流接觸器和自恢復保險絲串聯在一起後連接於鎳氫電池組的負極。
所述鎳氫電池為基本鎳氫電池單元即單體鎳氫電池。
均衡對象鎳氫電池1的負極與均衡對象鎳氫電池2的正極連接，所述均衡對象鎳氫電池2的負極與均衡對象鎳氫電池3的正極連接，依次串聯各個均衡對象鎳氫電池，直到均衡對象鎳氫電池N-1的負極與均衡對象鎳氫電池N的正極連接，所有鎳氫電池依次串聯組成鎳氫電池組，在所述鎳氫電池組中，所述均衡對象鎳氫電池1的正極為所述鎳氫電池組的正極，所述均衡對象鎳氫電池N的負極為所述鎳氫電池組的負極。
每個所述均衡對象鎳氫電池的正極通過對應的所述第一接觸器與所述大電流放電電阻R的第一端連接，每個所述均衡對象鎳氫電池的負極通過對應的所述第二接觸器與所述大電流放電電阻R的第二端連接，所述第一接觸器和所述第二接觸器的控制端子K並聯後與所述ARM控制器的控制端子連接。
每個所述第一接觸器的D1端子與所述均衡對象鎳氫電池的正極連接，D2端子與所述大電流放電電阻R的第一端連接，控制端子K與ARM控制端子連接。
每個所述第二接觸器的D1端子與所述均衡對象鎳氫電池的負極連接，D2端子與所述大電流放電電阻R的第二端連接，控制端子K與ARM控制端子連接。
所述的鎳氫電池電壓檢測模塊與所述的鎳氫電池的正極和負極能夠通電地相連接，用於檢測每個鎳氫電池的電壓；通過CAN總線與所述的ARM控制器連結，向ARM控制器發送所檢測的電壓信號。
(2)如圖2所示，步驟(1)設置的鎳氫電池控制系統按照以下步驟運行：
a. ARM控制器與鎳氫電池電壓檢測模塊通信，獲得每個鎳氫電池的電壓。
b. ARM控制器根據獲得的N個鎳氫電池電壓，找出電壓最大的鎳氫電池，其中N大於等於2。
c. ARM控制器求出所有鎳氫電池的平均電壓。
d. 當電壓最大的鎳氫電池的電壓與所有鎳氫電池的平均電壓偏差大於一設定閥值時跳入步驟e，否則回到步驟a。
e. ARM控制器通過控制電壓最大的鎳氫電池對應的第一接觸器和第二接觸器使電壓最大的鎳氫電池與大電流放電電阻R並聯，對鎳氫電池進行放電。
f. 等待設定的時間T，ARM控制器通過控制端子斷開所有接觸器開關，程序返回步驟a。
(3)完成步驟(2)即實現基於ARM控制的鎳氫電池大電流均衡。