一種鋰電池蓄電池組恒流恒壓充電的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰電池蓄電池組恒流恒壓充電的控制方法，用于對(duì)鋰離子蓄電池組進(jìn)行充電。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子蓄電池組由于其自身特性要求，不能像鎘鎳、氫鎳電池那樣僅采用恒流充電控制，因其耐過充能力差，要求采用恒流-恒壓充電控制方式。衛(wèi)星上普遍采用硬件恒流-恒壓充電控制方式。硬件恒流-恒壓充電控制通常對(duì)電池組整組控制的方式，即通過測量蓄電池組的整組電壓，判斷是否達(dá)到恒壓基準(zhǔn)值，若未達(dá)到恒壓基準(zhǔn)，采用恒流方式對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電；當(dāng)蓄電池組電壓達(dá)到恒壓基準(zhǔn)值時(shí)，維持蓄電池組電壓恒定不變，充電電流自動(dòng)減小。采用硬件進(jìn)行整組電壓控制方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單而有效。
[0003]衛(wèi)星上應(yīng)用的鋰離子蓄電池組一般由多個(gè)單體電池串并聯(lián)而成。因串聯(lián)數(shù)較多，為避免硬件系統(tǒng)過于復(fù)雜，進(jìn)行恒流恒壓充電控制時(shí)，只采用整組電壓作為判斷依據(jù)。因各單體電池組合前經(jīng)過匹配測試，壽命初期各單體電池經(jīng)過匹配一致性較好。由于在衛(wèi)星不同壽命階段，電池性能會(huì)發(fā)生衰降，各單體的容量和充放電電壓的一致性會(huì)變差。壽命末期，會(huì)有個(gè)別電池單體失效，鋰離子蓄電池的失效模式有短路、開路、容量衰降等，失效過程較復(fù)雜。鋰離子電池最佳工作溫度為15?25°C，溫度低于10°C時(shí)，對(duì)蓄電池組以較大電流進(jìn)行充電將會(huì)嚴(yán)重影響蓄電池的壽命。硬件控制不便于充電參數(shù)在軌調(diào)整，若僅采用硬件固定充電控制，難以在不同階段、不同使用條件下均達(dá)到最佳充電效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種鋰電池蓄電池組恒流恒壓充電的控制方法，該方法相對(duì)于傳統(tǒng)的恒流控制方法，在原有的電流反饋控制基礎(chǔ)上增加了電壓控制，即采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)的恒流恒壓控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的充電控制，并且該方法在電壓控制中充分考慮了各單體電池的電壓情況，有利于延長蓄電池組的在軌壽命。。
[0005]本發(fā)明的上述目的通過如下的技術(shù)解決方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種鋰電池蓄電池組恒流恒壓充電的控制方法，基于鋰電池蓄電池組充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括供電電源系統(tǒng)、控制量計(jì)算模塊和鋰電池蓄電池組，所述供電電源系統(tǒng)包括太陽電池陣和電源控制器，且所述鋰電池蓄電池組由N個(gè)單體電池組成，N為正整數(shù)；其中，控制量計(jì)算模塊根據(jù)所述鋰電池蓄電池組恒流恒壓充電的控制方法計(jì)算得到充電控制量，并發(fā)送給電源控制器，電源控制器按照所述充電控制量對(duì)太陽電池陣提供的充電量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池蓄電池組的充電操作；其特征在于:所述控制量計(jì)算模塊根據(jù)所述鋰電池蓄電池組恒流恒壓充電的控制方法計(jì)算得到充電控制量的具體步驟如下:
[0007](I)、采集太陽電池陣電流Is、負(fù)載電流Ik、鋰電池蓄電池組的充電電流Ic和放電電流Ip鋰電池蓄電池組的整體溫度值?Υ，以及N個(gè)單體電池的電壓值，其中，第η個(gè)所述單體電池的電壓值為Un，n = 1、2、…、N;
[0008](2)、根據(jù)步驟(I)采集到的數(shù)據(jù)，判斷供電電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)；具體判斷方法如下:
[0009]如果太陽電池陣電流Is大于負(fù)載電流I κ且放電電流I ^ 0，則判斷外部供電電源系統(tǒng)處于對(duì)鋰電池蓄電池組進(jìn)行充電的工作狀態(tài)，進(jìn)入步驟(3);
[0010]如果放電電流込>0，則判斷供電電源系統(tǒng)不處于對(duì)鋰電池蓄電池組進(jìn)行供電的工作狀態(tài)，將所述供電電源系統(tǒng)的供電電流置零，返回步驟(I);
[0011](3)、根據(jù)步驟(I)采集到的整體溫度值?Υ，確定充電電流門限值Ith，具體確定方法如下:
[0012]如果Tthl彡TA Tth2，則設(shè)定充電電流門限值Ith= I thl;其中，Tthl為設(shè)定的低溫門限值，Tth2為設(shè)定的高溫門限值，I thl為設(shè)定的常溫時(shí)的充電電流最大值；
[0013]如果IY〈Tthl，則根據(jù)設(shè)定的低溫區(qū)間劃分結(jié)果確定所述整體溫度值IY處于的低溫區(qū)間，并設(shè)定充電電流門限值Ith為所述低溫區(qū)間內(nèi)設(shè)定的充電電流最大值；
[0014]如果IY>Tth2，則根據(jù)設(shè)定的高溫區(qū)間劃分結(jié)果確定所述整體溫度值IY處于的高溫區(qū)間，并設(shè)定充電電流門限值Ith為所述高溫區(qū)間內(nèi)設(shè)定的充電電流最大值；
[0015](4)、根據(jù)步驟(I)采集到的單體電池最大電壓值Umax和設(shè)定的恒壓門限值U th，判斷鋰電池蓄電池組所處的充電階段，其中，Umax= max {U J , η = 1、2、…、N ;具體判斷方法如下:
[0016]如果Umax〈Uth，則判斷鋰電池蓄電池組處于恒流充電階段，進(jìn)入步驟(5);
[0017]如果Umax彡Uth，則判斷鋰電池蓄電池組處于恒壓充電階段，進(jìn)入步驟(6);
[0018](5)、將步驟⑶確定的充電電流門限值Ith作為充電控制量，即當(dāng)前時(shí)刻k的控制量u(k) = Ith;然后進(jìn)入步驟(9);
[0019](6)、根據(jù)PID算法計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻k的充電控制量u(k);
[0020](7)、將步驟(6)計(jì)算得到的當(dāng)前時(shí)刻k的充電控制量u(k)與步驟(3)確定的充電電流門限值Ith進(jìn)行比較，如果u(k)>I th，則將當(dāng)前時(shí)刻k的充電控制量u(k)修正為Ith，即 u(k) = Ith；
[0021](8)、檢測鋰電池蓄電池組是否充滿，如果所述鋰電池蓄電池組已充滿，則將充電控制量u(k)置零；
[0022](9)、輸出充電控制量u(k)到電源控制器。
[0023]上述的鋰電池蓄電池組恒流恒壓充電的控制方法，在步驟(6)中，根據(jù)PID算法計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻k的充電控制量u (k)，具體計(jì)算公式如下:
[0024]u (k) = Δ u (k) +u (k~l)；
[0025]Δ u (k) = Kp[e (k)—e (k—I) ] +Kje (k) +Kd [e (k) ~2e (k—I) +2e (k—2)]；
[0026]其中，u(k-l)為前一時(shí)刻的充電控制量；Au(k)為充電控制增量；e(k_l)和e (k)分別為前一時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻的偏差量，其中，e(k) = Uth-V(k)，V(k)為當(dāng)前時(shí)刻測量得到的鋰電池蓄電池組的電壓；KP為設(shè)定的比例系數(shù)，Ki為設(shè)定的積分系數(shù)，KdS設(shè)定的微分系數(shù)。
[0027]上述的鋰電池蓄電池組恒流恒壓充電的控制方法，在步驟(8)中，根據(jù)太陽電池陣電流Is、負(fù)載電流Ik、電池組充電電流Ic和電池組充電容量C，檢測判斷鋰電池蓄電池組是否充滿，具體檢測判斷方法如下:如果！「I# AXC且I #BXC，且滿足上述條件的狀態(tài)保持時(shí)間t。多T，則判斷所述電池組已充滿；其中，A和B分別為設(shè)定的第一比例系數(shù)和第二比例系數(shù)，且0〈A〈1、0〈B〈1 ;T為設(shè)定的保持時(shí)間門限值。其中，A = 0.06, B = 0.03, T=60so
[0028]上述的鋰電池蓄電池組恒流恒壓充電的控制方法，在步驟(I)中，在鋰電池蓄電池組上設(shè)置M個(gè)溫度檢測點(diǎn)，并將得到的M個(gè)溫度測量值的平均值作為整體溫度值!Y。
[0029]上述的鋰電池蓄電池組恒流恒壓充電的控制方法，在步驟⑶中，如果IY〈Tthl，則根據(jù)設(shè)定的低溫區(qū)間劃分結(jié)果確定所述整體溫度值?Υ處于的低溫區(qū)間，并設(shè)定充電電流門限值Ith為所述低溫區(qū)間內(nèi)設(shè)定的充電電流最大值，具體實(shí)現(xiàn)方法如下:設(shè)定的低溫區(qū)間劃分結(jié)果包括M1個(gè)溫度區(qū)間，且每個(gè)所述溫度區(qū)間內(nèi)設(shè)定了所述區(qū)間的充電電流最大值，即設(shè)定第m個(gè)所述溫度區(qū)間的充電電流最大值為Im，其中，m = 1,2,…，M1, M1S正整數(shù)；如果所述整體溫度值?Υ處于第m個(gè)所述溫度區(qū)間，則設(shè)定充電電流門限值I th= I m。