歐陽家俊+王海明+周衛(wèi)成+王偉

（株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司 湖南株洲）

摘 要： 電動(dòng)汽車等動(dòng)態(tài)工況下，對(duì)均衡速度有一定要求。鋰電池非耗散性均衡中，將電壓高的單體電池中能量轉(zhuǎn)移到電池模組是一種均衡速度較快的均衡方法。單端反激式電路采用變壓器作為儲(chǔ)能元件，可隔離原邊和副邊，可利用較少的繞組輸出較高的電壓。適合電池均衡中在低壓?jiǎn)误w和高壓電池模組之間傳遞能量。本文基于單端反激式電路，設(shè)計(jì)了單向非耗散性均衡系統(tǒng)，將電能從單體電池轉(zhuǎn)移到電池模組，減小了電能耗散，加快了均衡速度。

關(guān)鍵詞： 鋰電池；非耗散性均衡；單端反激式電路；電動(dòng)汽車

引言

鋰電池是高效、環(huán)保的儲(chǔ)能裝置，它將儲(chǔ)存在其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。近年來，鋰電池在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其制造工藝和應(yīng)用技術(shù)的提高也受到廣泛關(guān)注。

由于材料和工藝等方面的原因，單體電池會(huì)存在電壓、容量、內(nèi)阻等的差異，使得電池組在使用過程中受到容量最低的電池限制，從而降低了電能是使用效率，影響電池組的性能[1]。

本文基于單端反激式電路，設(shè)計(jì)了單向非耗散性均衡系統(tǒng)，將電能從單體電池轉(zhuǎn)移到電池組，減小了電能耗散，加快了均衡速度。

1 單體鋰電池電池差異

鋰電池的差異主要表現(xiàn)為電池容量、荷電狀態(tài)、內(nèi)阻、自放電的不一致。充電過程中單體電池之間的電壓差異在充電前期和末期比較明顯，而中間差異較小，幾乎重合。說明鋰電池工作在平臺(tái)期特性明顯時(shí)，電壓一致性較好，在充電首端和末端需要較大的均衡電流[2]。

即使是同一批生產(chǎn)的單體電池也存在容量、電壓等性能的差異。在惡劣的工況下，電池組如果不加均衡，其差異性會(huì)增加，從而影響電池組的容量、壽命、安全性[3]。

2 單端反激式電路

如圖1所示為單端反激式電路基本原理圖，工作原理如下：當(dāng)0

由單端反激式電路輸入側(cè)并聯(lián)電池單體，輸出側(cè)并聯(lián)電池模組，組成均衡系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一節(jié)單體電池的電壓，當(dāng)電池組中某一節(jié)電壓高于電壓平均值10mV，則導(dǎo)通與該電池的并聯(lián)的反激式電路中開關(guān)管SW，將一部分能量轉(zhuǎn)移到電池模組中。反激式電路工作在電流連續(xù)模式的臨界狀態(tài)。當(dāng)0

將反激變換器配置在電流連續(xù)模式的臨界狀態(tài)，可以將單體電池轉(zhuǎn)移給變壓器的能量全部轉(zhuǎn)移到電池模組和電容C，有利于提高均衡速度和能量轉(zhuǎn)移效率；減小變壓器勵(lì)磁電感小，增加電流響應(yīng)速度；減小開關(guān)導(dǎo)通時(shí)輸出電壓尖峰。

3. 均衡測(cè)試

本文采用16個(gè)10Ah的單體電池分為兩組，每組8個(gè)電池，串聯(lián)構(gòu)成電池組A、電池組B，來驗(yàn)證均衡系統(tǒng)的效果。因?yàn)殇囯姵鼐哂泻軓?qiáng)的電壓平臺(tái)特性，為使均衡效果更加明顯，實(shí)驗(yàn)將單體電池設(shè)置為不同的初始SOC，每組中V1～V4電池的SOC設(shè)置為1，V5～V8電池的SOC設(shè)置為0.8。其中A組無均衡，B組有均衡。經(jīng)過三次完全充放電實(shí)驗(yàn)，靜置12個(gè)小時(shí)后，各單體電池UOC如圖2所示。從圖中可以看出，B組電池電壓V1～V4電壓比A組低，而V5～V8電壓比A組高。即在有均衡時(shí)，電壓較高的V1～V4電池，其電壓相對(duì)于無均衡條件下減??；電壓較低的電池相對(duì)無均衡條件下，其電壓增加。說明B組在均衡條件下，將V1～V4中的能量轉(zhuǎn)移到V5～V8。

4. 結(jié)論

均衡系統(tǒng)是電池模組非常重要的組成部分，能延長電池組的使用壽命，提高使用效率、增加安全性。本文從電池差異特性出發(fā)，基于單端反激式電路的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了將單體電池能量轉(zhuǎn)移到高壓電池模組的非耗散性均衡系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，均衡系統(tǒng)能夠有效的將能量從單體電池轉(zhuǎn)移到電池模組。因此，基于單端反激式電路的單向非耗散性電池均衡電路對(duì)減小電池組單體不一致性、提高電池組性能具有重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃可龍， 王兆翔， 劉素琴. 鋰離子電池原理與關(guān)鍵技術(shù)[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2008.

[2] 戴海峰， 王楠， 魏學(xué)哲， 等. 車用動(dòng)力鋰離子電池單體不一致性問題研究綜述[J]. 汽車工程. 2014（02）： 181-188.

[3] 張賓， 林成濤， 陳全世. 電動(dòng)汽車用LiFePO4/C鋰離子蓄電池性能[J]. 電源技術(shù). 2008（02）： 95-98.