劉佳庚+++趙美紅

摘 要：本文將圍繞新能源汽車動(dòng)力電池組充放電過(guò)程容量不均衡、電池組整體性能下降這一問(wèn)題開展研究，設(shè)計(jì)出了一種可根據(jù)荷電狀態(tài)差異程度來(lái)調(diào)節(jié)單體電池充放電的高效均衡器，實(shí)驗(yàn)表明：改進(jìn)的新型均衡器有效提高了動(dòng)力電池組的整體性能，對(duì)推動(dòng)新能源汽車的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力電池；均衡器；均衡控制；荷電狀態(tài)

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

動(dòng)力電池均衡器目前有3個(gè)基本形式：電阻式、電容式、電感式。電容式均衡器擁有使每個(gè)電池具有相同的電壓，使較高電壓與較低電壓之間進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)移，但是由于無(wú)法控制勵(lì)磁涌流，在電池電壓差異較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)紋波電流流入電池，因此均衡SOC時(shí)它們不允許有任何的電壓差；電感式均衡器是不依賴于電池電壓而補(bǔ)償電池的內(nèi)部電阻，且能夠提高均衡電流，在高電壓電池間最大限度在相鄰電池間分配電流，而不是平均分布在所有電池中，這種情況需要在每個(gè)電池上都有大量的元器件，并且需要控制器有較高的處理能力。

1.均衡器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

改進(jìn)的均衡控制電路系統(tǒng)由開關(guān)模塊、檢測(cè)模塊、控制模塊、均衡模塊組成，以電感和電容之間的不同結(jié)合構(gòu)成的非能耗型均衡方案，本均衡電路由電感L、電容C和高速開關(guān)管開關(guān)管組成，通過(guò)改變高速開關(guān)管開關(guān)開斷順序以及占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡過(guò)程。

檢測(cè)模塊將各個(gè)電池的參數(shù)檢測(cè)值傳送給控制模塊的中央處理器，中央處理器根據(jù)所檢測(cè)到的參數(shù)計(jì)算出各個(gè)電池的充電＼放電狀態(tài)值，將狀態(tài)值最高的電池與狀態(tài)值最低的電池進(jìn)行配對(duì)，通過(guò)開關(guān)模塊接入，將其進(jìn)行均衡管理，由于是非能耗均衡，在均衡的過(guò)程中能量只在電池內(nèi)部轉(zhuǎn)化。待均衡結(jié)束后再重新檢測(cè)，完成一個(gè)循環(huán)周期。

2.新型均衡器工作原理

整個(gè)均衡過(guò)程需要經(jīng)過(guò)3個(gè)階段：1[t1-t2]：MOSFET開關(guān)管Q2、Q3導(dǎo)通，接通Bi，單體Bi將電荷傳遞至電感L上，L處于充能狀態(tài)。2[t2-t3]：開關(guān)管Q2、Q4導(dǎo)通，由于電感特性，經(jīng)過(guò)L的電流不能突變，存儲(chǔ)的能量沿著 回路慢慢衰減，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電容C的儲(chǔ)能，由于加上電感和電池的電壓，電容C上儲(chǔ)存的電壓高于電池電壓，在階段1和階段2過(guò)程中，電感的L兩端的電壓UL對(duì)時(shí)間的積分為零。3[t2-t3]：斷開Bi，接通Bj開關(guān)管Q1、Q4導(dǎo)通，電容對(duì)低電壓電池進(jìn)行充電。

3.控制策略及仿真

假設(shè)B1向B2傳輸能量，不考慮損耗和誤差將均衡器看成是一個(gè)理想變壓器的組合如圖1所示。

本方案中均衡電路的電感，開關(guān)均比傳統(tǒng)均衡器有所減少，而且打破了只能相鄰電池之間傳遞能量的限制，任意兩個(gè)單體電池只要狀態(tài)值差偏大，都可以配對(duì)成功，觸發(fā)均衡電路，改進(jìn)的均衡電路不僅開關(guān)數(shù)目減少，電感數(shù)目減少，而且相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路也減少。這樣并且可以在動(dòng)力電池組的任何運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)一致性管理。

設(shè)計(jì)仿真電路原理圖，兩組開關(guān)為導(dǎo)通壓降為0.3V的MOSFET，其開關(guān)頻率為1Hz，電感為0.1mH，電容為200μF。仿真實(shí)驗(yàn)選用兩個(gè)標(biāo)稱電壓為10V的動(dòng)力電池，內(nèi)阻為2mΩ，兩個(gè)單體動(dòng)力電池的初始SOC為別為70%，80%。均衡過(guò)程中，動(dòng)力電池Bi向動(dòng)力電池Bj傳遞能量，圖2為電容兩端的電壓情況。

通過(guò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到兩個(gè)電池之間的SOC變化狀態(tài)如圖7所示。

通過(guò)圖3中SOC變化曲線可見，兩單體電池的SOC值基本一致，故改進(jìn)后的均衡器有效的完成了均衡，并且彌補(bǔ)了其他均衡器的不足。

結(jié)論

提出一種根據(jù)SOC荷電狀態(tài)進(jìn)行充放電調(diào)節(jié)均衡電流的控制電路，控制電路能夠通過(guò)監(jiān)測(cè)到的SOC狀態(tài)，通過(guò)最優(yōu)化算法，選出兩個(gè)電池進(jìn)行配對(duì)均衡，再由MOSFET的開斷來(lái)控制整個(gè)均衡電路的工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該電路的有效性，并且節(jié)能環(huán)保，避免了傳統(tǒng)電池均衡器的相鄰電池均衡的弊端，使不需要均衡的電池不用參與均衡過(guò)程，大大提高了均衡電路的工作效率，同時(shí)也降低了電池進(jìn)行充放電工作時(shí)的損耗，對(duì)改善電池均衡狀態(tài)、提高工作效率、降低損耗上有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[2]蔡信健， 吳振興， 孫樂(lè)，等. 直流電壓不均衡的級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器載波移相PWM調(diào)制策略的設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2016， 31（1）：119-127.