锂电池充电均衡控制研究

摘要 为避免个别单体的过充、过放导致电池组性能下降甚至失效，需对电池组中各单体之间实现均衡控制，从而提高电池组使用寿命。文中设计了一种基于STM32F103RB的电池组均衡控制器，提出了消除单体电池不一致性的均衡充电控制策略，为鉴别即将报废电池提供了理论依据。
关键词 锂电池；性能下降；STM32F103RB；均衡控制器

一组锂离子电池由串联多个单体电池组成，充电时通过每个单体电池的电流相等，但由于每个单体电池容量的差异，会出现充放不完全的现象，加之锂离子电池的自然老化，还会加剧电池单元容量的变化，统计上表现为电池组中的单个电池单元容量的正态分布的均值左移，且峭度逐渐减小，甚至经过一段时间的使用后，小部分电池单元的有效容量近乎为零，如图1所示。为解决充电过程中由电池组的不均衡所带来的问题，需要在充电过程中采取各种控制手段，使所有电池在温升正常的前提下，能同时充足电，以实现均衡充电。

1 系统概述
锂电池组均衡控制系统由如图2所示的检测部分和均衡控制部分组成。充电过程由控制器STM32F103RB进行统一管理，包括转换充电方式，检测电池的状态以及进行充电均衡控制等。由于STM32F103RB内置有128 kB的Flash和20 kB的SRAM，而且有丰富的增强I／O端口和外设：包含16通道12位的ADC、4个通用16位定时器、1路CAN总线接口等，所以其能满足各种场合下的要求，可以实现对锂离子电池的智能充电控制。系统选用电池监测芯片DS2438来检测电池的端电压和电池温度。由于DS2438内部有A／D转换器和数字温度传感器，在锂电池的均衡控制过程中要获得电池电压、温度，只需ARM处理器对其发出采集电压、温度的控制命令即可。DS2438采用单线制，仅占用ARM处理器的少量口线。另外，每片DS2438都拥有唯一的序列号，系统中的每个电池由一个芯片来标识，方便观察及记录单体电池的状态。主控制器与充电桩进行通信，反馈电池的电压、电流、温度、电量等参数，以便充电桩向充电机发送控制指令、开关量信号，对充电机的启停进行控制，并能获取充电机的工作状态信息。