一种动力锂电池组关键参数实时监测方法

技术领域

本发明涉及一种动力锂电池组关键参数实时监测方法，该方法针对单体锂电池组电压检测系统的参数实时采集要求，提出了一种基于LTC6804的多单体锂电池组电压检测方法，通过采用STM32F103C8T6和电池管理专用芯片LTC6804组成锂电池组串联单电池电压检测系统，以LTC6804配合STM32F103C8T6实现了串联规模的锂离子电池在线电压检测，实现了对单体电池进行电流检测和电压检测，并进行工作特性分析与测试；在基于LTC6804的多单体锂电池组电压检测方法基础上，通过电流型SPI总线实现级联，实现多节大型系列电池的电压检测，对多单体电池组状态监测；该方法在充分考虑多单体锂电池组电压检测系统的参数实时采集要求，实现精确采集电池组的电压，并能对电池组电压异常状态进行报警；该方法是一种基于LTC6804的锂离子电池组关键参数实时监测方法，属于新能源测控领域。

背景技术

近年来，经济物质的优渥促使着科学技术的飞速发展，绿色新能源的开发应用也至关重要。锂离子电池发展也越来越快，绿色环保、高效是其的主要优点，因此在各领域运用广泛，例如大小型无人机、新能源电动汽车等各大中小型的电池续航产品领域。根据最新的大数据显示，电动汽车数量已经达到我国的历史记录新高。目前，我国公安部最新数据调查结果显示，在过去的一年里，新能源车的数量已大约有260万辆。与2017年作比较而言，占比增加大约70%，数量上增加约107万辆。调查数据显示，其中纯电动车约占新能源车总量的81%，从数量上而言已经到了211万辆。结合目前最新数据以及大数据分析，预计在近五年，新能源型车每年以大约50万辆高速增长，由此可以看出，以锂电池为主的新能源汽车，在国民的交通出行中已经非常普遍。并且根据增长趋势，接下来的几年新能源汽车还会高速率的持续增长。锂离子电池组主要为电动型新能源汽车提供牵引动力，因此为锂离子电池组安装相关保护措施显得尤为重要，防止电池出现过放电、过充电等其他不安全事故，多单体锂电池电压检测系统，其作为锂电池管理系统的核心关键系统，能够准确采集到单体锂电池的电压值至关重要，确保在锂电池组工作运行时有着良好的安全保障，对提高可靠性有着重要的意义。

对锂离子电池的研发开始于20世纪的中期，由于早期的技术不够成熟，使得锂离子电池使用时的安全性存在很大问题，后期随着锂离子电池制造以及充电、放电等电池各项技术逐渐成熟起来，锂离子电池也逐渐扩大被应用的范围。在20世纪80年代，开始使用计算机控制的各种检测系统。因此软件系统成为锂离子电池检测系统的重要支撑，进一步加速了锂离子电池检测系统产业的发展。在21世纪初，随着电动工具和3C小家电等各种新领域对锂离子电池的需求不断增加，出现了许多与锂离子电池相关的检测技术。自2010年以来，新能源汽车、储能等应用的快速发展，锂离子电池已进入行业高速发展期。随着检测系统产业的发展，出现了大功率检测，工况仿真，能量反馈，电压检测系统等一系列新产品，逐步向系统化和自动化方向发展。

初期的锂电池电压检测比较简单，且精度不高。目前锂离子电池越来越多的被使用在大功率设备中，如无人机、航空、医疗、新能源车等许多领域，所以在锂离子电池工作得时候，对其电压检测的精确度要求较高。目前国内外各大研究团队主要就锂离子电池电压检测为主的工作特性参数进行了大量研究，为保证锂电池的性能，我国很早就建立了与新能源汽车相关的重大研究项目。经过长期的研究已经取得很大的进步，国外锂电池的开发和研究，在国内比较早。在国外研究机构和大学，对于电池管理系统的功能，电压检测是其研究的核心。近年来，随着各种新能源领域和动力锂电池的深入研究和探索，已经进行了大量的研究，同时也取得了一系列成果。

来自德国的Mentzer Electronic GmbH和Werner Retzlaff为领导的团队、日本企业丰田汽车、美国电动汽车制造商特斯拉、美国Villanova大学等多个国外研究团队长期致力于以锂电池电压精确检测为主的相关电池管理系统开发及运用。与国外相比，中国电动汽车的起步时间相对较晚，但爆发力更强。中国有许多致力于电池管理系统研究的企业和大学，如哈尔滨工业大学、北京交通大学等许多知名大学。并且企业部门致力于基于准确检测锂电池电压的相关电池管理系统的研究和应用。但新生事物的发展，往往没有想像的那么容易，锂电池作为一种绿色系能源，作为新能源电动汽车的关键，在某些技术方面任然不够成熟，在蓬勃发簪的同时也有电动汽车驾驶故障和安全隐患的新闻报道，使电动汽车在市场上不那么受欢迎。故开发相关的电池管理系统基于准确检测锂电池电压，推动新能源汽车的产业健康持续发展，在我国仍有很大的发展空间。

发明内容

本发明的目的是克服现有锂离子电池组关键参数实时监测方法的不足，提供一种基于LTC6804的多单体锂电池组电压检测方法，解决锂离子电池成组应用中关键参数实时监测问题。

本发明主要用于实时监测锂离子电池组关键参数，比如电压、电流、温度等，通过采用STM32F103C8T6和电池管理专用管理芯片LTC6804组成锂电池组串联单电池电压检测系统，实现了对单体电池进行电流检测和电压检测，通过电流型SPI总线实现级联，实现多节大型系列电池的电压检测，采用基于LTC6804的多单体锂电池组电压检测方法，合理屏蔽共模电压产生的误差。

本发明是为了确保锂离子电池组正常工作就需要对其某些特定的工作特性参数进行分析与管理，结合LTC6804的多单体锂电池组电压检测方法，尽可能减小误差；针对锂离子电池组关键参数实时监测目标，本发明合理屏蔽共模电压产生的误差，使监测效果更好；本发明可为多节大型系列电池的电压检测提供方法参考，具有适应性好和精度高的优点。

附图说明

图1 是本发明锂离子关键参数实时监测模型结构示意图；图2是本发明锂离子关键参数实时监测系统的程序结构图。

具体实施方式

以下将对本发明的一种动力锂电池组关键参数实时监测方法结合附图作进一步的详细描述；本发明针对锂离子电池成组应用时关键参数实时监测问题，提出了一种锂离子电池组基于LTC6804的多单体锂电池组电压检测方法，通过采用STM32F103C8T6和电池管理专用芯片LTC6804组成锂电池组串联单电池电压检测系统，以LTC6804配合STM32F103C8T6实现了串联规模的锂离子电池在线电压检测系统，实现了对单体电池进行电流检测和电压检测，并进行工作特性分析与测试；通过电流型SPI总线实现级联，实现多节大型系列电池的电压检测，实现对多单体电池组状态监测；本系统的主控芯片为STM32F103C8T6处理器，对整个电压检测系统的管理、数据处理等；电压采集芯片采用LTC6804电池组电压监控芯片，对锂电池的电压参数进行检测；蜂鸣器作为系统的声音报警模块，对异常运行状态进行报警；OLED作为显示模块，其主要显示系统所采集的电压、电流、温度等数据；LTC6804芯片与控制芯片主要采用SPI通信方式实现数据的传送；以下对锂离子电池组LTC6804的多单体锂电池组电压检测方法的实现步骤进行详细说明。

针对多单体锂电池组电压检测系统的参数实时采集目标，基于LTC6804的多单体锂电池组电压检测硬件系统，通过以STM32作为控制中心、LTC6804作为电压采集芯片、INA219作为负载电流检测模块。在实时监测参数时，系统电压值采集绝对误差2mV以内、电流值采集绝对误差10mA、温度采集绝对误差0.5℃。

电池组电压的采集，以STM32F103C8T6作为SPI的总线主机，其中电压采集芯片以LTC6804作为核心，锂离子电池组中的电压采集单元主要依靠电流型的SPI总线来完成多单体锂离子电池组单元相互之间的级联；采用输入电压高达至60V的BUCK降压芯片TPS54360设计降压电路；电流模块主要选择INA219模块，INA219内部具有检测器、分流器。其可以监测分流器电压降落，也可完成总线处的电压滤波；采用热敏电阻作为温度检测的主要器件，温度传感器使用分压法经A/D采用读取该电阻两端与温度的关系，就可以算出相应的温度数值；有源蜂鸣器和三极管构成简单的报警电路，可实现报警电路，快速响应；为将检测到的电压、电流、温度等信息实时显示，采用的是OLED显示屏作为人机显示界面。锂离子关键参数实时监测模型结构示意图如图1所示。

锂离子关键参数实时监测系统的程序结构如图2所示，SPI总线管理作为控制系统的主要驱动程序；锂电池管理单元中的数据映像，主要为电池管理单元中采集芯片的寄存器，在微控制单元中所存在的数据映像；该映像中的数据以及相关内容，主要由SPI总线管理器定期进行更新，单体锂电池管理程序的调度主要由由运行调度器负责完成，同时也提供输入与输出接口；管理系统中的应用程序，其先从数据映像区读取相应数据，再按要求提供给锂电池管理单元。

综上所述，本发明针对锂离子关键参数实时监测目标，综合考虑监测误差和实用及性，提出基于LTC6804的多单体锂电池组电压检测方法，在充分考虑锂离子电池成组工作基础上，通过采用STM32F103C8T6和电池管理专用芯片LTC6804组成锂电池组串联单电池电压检测系统，以LTC6804配合STM32F103C8T6实现了串联规模的锂离子电池在线电压检测系统，实现了对多单体电池进行电流检测和电压检测。

本发明的以上实施仅以锂离子电池组为例进行了基于LTC6804的多单体锂电池组电压检测的说明，但可以理解的是，在不脱离本发明精神和范围下本领域技术人员可以对其进行任意的改变和变化。