鋰電池管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) — 鋰電池管理系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)

3.5均衡模塊原理與方案設(shè)計(jì)

3.5.1國(guó)內(nèi)外鋰電池組的均衡方法綜述

當(dāng)鋰離子電池組由多個(gè)單體電池串聯(lián)使用時(shí)，即使單節(jié)電池的性能再優(yōu)良、質(zhì)量再好，若配組使用的各單體電池特性不一致，都會(huì)導(dǎo)致電池組內(nèi)部各單體電池過充和過放情況的嚴(yán)重不一致，就內(nèi)部單體電池而言，串聯(lián)使用比單個(gè)使用更容易發(fā)生過充和過放現(xiàn)象，且不易發(fā)現(xiàn)。任意一個(gè)電池的特性加劇惡化時(shí)，將導(dǎo)致電池組內(nèi)其它電池發(fā)生多米諾骨牌效應(yīng)的連鎖性、加劇性損壞。電池組的品質(zhì)由其中質(zhì)量最差的一只電池決定，一只電池質(zhì)量差不僅影響了整個(gè)電池組的性能，還會(huì)引起惡性的連鎖反應(yīng)，使差的更差，好的也會(huì)迅速變差。為解決上述問題，目前通用的做法是將單體電池精選配對(duì)，組合成優(yōu)質(zhì)的電池組，最大限度地減小單體電池間的差異。

就算動(dòng)力鋰離子電池組解決了配組的前期技術(shù)問題，電池組在使用中亦會(huì)使其特性產(chǎn)生變化，目前對(duì)電池組在使用中由于特性變化產(chǎn)生的導(dǎo)致電池組整體特性急劇衰退和部分電池加速損壞的現(xiàn)象，并無有效的解決辦法，只能在電池組充、放電過程中檢測(cè)到有一個(gè)電池處于過充或過放狀態(tài)，保護(hù)電路就將整個(gè)充、放電電路關(guān)斷。由于上述原因，動(dòng)力鋰離子電池組在實(shí)際使用中(特別是充電時(shí))解決各單節(jié)鋰電池在電池組中的平衡問題極為重要。目前國(guó)外采用的均衡方法主要有：能耗的方法和無能耗的方法。

3.5.1.1能耗均衡方法

典型的方法是利用發(fā)熱電阻旁路分流，旁路分流均衡法原理圖如圖3-9所示。B1、B2……Bn為組成鋰離子電池組的各單元電池，K1、K2……Kn為MCU控制的多路開關(guān)，R1、R2…… Rn，為放電平衡電阻。當(dāng)電池組充電時(shí)充電電流I在各節(jié)電池中都相等。當(dāng)某節(jié)(例如：B2)電池電壓高于其他電池超過某值時(shí)，MCU控制的多路開關(guān)K2合上，B2通過R2分流，使B2電壓下降，如此反復(fù)循環(huán)n次使得鋰離子電池組各單元電池能平衡充電。此方案簡(jiǎn)單、可靠，但電阻會(huì)消耗電能并發(fā)熱，使用中需注意選取電阻阻值及功率，其最大的缺點(diǎn)是放電(工作)使用中，各單元平衡則白白消耗了鋰離子電池組的電能。

3.5.1.2無能耗的均衡方無能耗的均衡方法是利用一個(gè)活動(dòng)的分流元件或電壓或者電流轉(zhuǎn)換器件來將能量從一節(jié)單體轉(zhuǎn)移到另一節(jié)單體。這些器件可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。兩種主要的方法是電容平衡和能量轉(zhuǎn)換。

電容平衡原理圖如圖3-9所示。B1、B2……Bn為組成鋰離子電池組的各單元電池，K1、K2……Kn為MCU控制的多路開關(guān)，C為平衡電容。當(dāng)電池組充電時(shí)，若某節(jié)(例如：B2)電池電壓高于其他電池超過某值、而B3最低，MCU控制的多路開關(guān)K2，K3合上，KA、KB都切換在a點(diǎn)，B2通過K2、K3、KA、KB向C充電，在C充滿電后，MCU控制的多路開關(guān)K3、K4合上，KA、KB切換都在b點(diǎn)，電容C通過K4、K3、KA、KB向B3釋放電能，使B2電壓下降，B3電壓上升，如此反復(fù)循環(huán)n次使得鋰離子電池組各單元電池能平衡充電。此方案亦較為簡(jiǎn)單、可靠，但使用中應(yīng)注意掌握好電容充放電時(shí)間，其最大的優(yōu)點(diǎn)是充、放電(工作)使用中，都可平衡各單元電池的功能，且不消耗鋰離子電池組的電能。

用能量轉(zhuǎn)換進(jìn)行單體均衡是采用電感線圈或變壓器來將能量從一節(jié)或一組電池轉(zhuǎn)移到另一節(jié)或一組電池。兩種積極的能量轉(zhuǎn)換方法是開關(guān)變壓器方法和共享變壓器方法。

開關(guān)變壓器方法共享一個(gè)與前面快速電容器相同的開關(guān)。拓?fù)淙鐖D3-10.整個(gè)電池組的電流I流入變壓器T，變壓器的輸出經(jīng)過二極管D校正后流入單體Bn.這由開關(guān)S的設(shè)置來決定，此外還需要一個(gè)電子控制器件來選擇目標(biāo)電池和設(shè)置開關(guān)S.