蔣旭吟　朱紅　徐善紅　張偉　余昊

摘 要：鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低而被廣泛應(yīng)用于新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)作為動(dòng)力的主要來(lái)源。然而，鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，由于電池間電池特性參數(shù)、自放電率、溫度不均等因素使得電池單體間不可避免的存在一定的不一致性，這種不一致性若得不到及時(shí)有效的解決將會(huì)嚴(yán)重影響電池的使用效率。為此，本文對(duì)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)均衡控制拓?fù)浼熬饪刂撇呗哉归_(kāi)研究，注重分析國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：均衡拓?fù)?；均衡策略；?dòng)力電池系統(tǒng)

1 引言

由鋰離子電池組成的動(dòng)力電池系統(tǒng)具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率小等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于新能源的各個(gè)領(lǐng)域，以減少溫室氣體的排放。然而，動(dòng)力電池系統(tǒng)在充放電過(guò)程中受外部系統(tǒng)的影響使得電池的管理非常困難。此外，受外界工作環(huán)境的影響，電池在工作過(guò)程中極易產(chǎn)生不一致性，嚴(yán)重影響動(dòng)力電池系統(tǒng)的使用效率。

為提高動(dòng)力電池系統(tǒng)的一致性和使用安全，本文研究了動(dòng)力電池系統(tǒng)均衡控制策略。

2 動(dòng)力電池均衡管理策略

動(dòng)力電池系統(tǒng)通常是由電池單體通過(guò)一定的方式連接而成。由于電池屬性參數(shù)的差異，導(dǎo)致電池單體會(huì)隨電池使用出現(xiàn)一定的不一致性。這種不一致得不到有效的解決將會(huì)影響電池使用效率。為此，通過(guò)有效的均衡拓?fù)浜涂刂撇呗愿纳齐姵匾恢滦裕瑢?duì)于提高電池一致性具有重要意義。目前，常用的均衡控制方法按照能量耗散方式主要分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡。

2.1 被動(dòng)均衡

被動(dòng)均衡是將電池中多余的能量通過(guò)耗散型元器件以熱量的形式傳遞出去[1]。該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的控制策略。但會(huì)造成電池能量的浪費(fèi)。常用的均衡控制策略主要包括：電壓均衡和SOC均衡。

2.1.1 壓差最優(yōu)的被動(dòng)均衡控制策略

以壓差為最優(yōu)的被動(dòng)均衡控制策略如圖1所示。其中電池單體電壓通過(guò)電池管理系統(tǒng)中的采樣單元獲得，主控單元通過(guò)計(jì)算電池的平均電壓V0控制電池均衡。該控制策略簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，但由于電池特性曲線(xiàn)平坦使得均衡效果較差。

2.1.2 SOC差最優(yōu)的被動(dòng)均衡控制策略

以SOC的差值為最優(yōu)的被動(dòng)均衡控制策略如圖2所示。該策略下，BMS通過(guò)計(jì)算電池單體的SOC，確定均衡電池，通過(guò)控制對(duì)用的控制回路實(shí)現(xiàn)電池均衡。該方法均衡效果較好，但計(jì)算復(fù)雜度較高。

2.2 主動(dòng)均衡

不同于被動(dòng)均衡，主動(dòng)均衡通過(guò)能量轉(zhuǎn)移元件，將能量較多電池單體的能量轉(zhuǎn)換到能量較少的單體中，實(shí)現(xiàn)無(wú)損均衡[2]。常見(jiàn)的均衡控制拓?fù)渲饕ǎ洪_(kāi)關(guān)電容、DC/DC變換器、開(kāi)關(guān)電感。

主動(dòng)均衡的策略主要利用電池間電壓、SOC、能量之間等存在的差異，通過(guò)有效的控制均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如圖3所示的一種DC/DC均衡拓?fù)洹？梢詫?shí)現(xiàn)電池單體與電池系統(tǒng)之間的能量轉(zhuǎn)移，最終達(dá)到均衡的目的。常用的主動(dòng)均衡控制指標(biāo)主要包括電壓最優(yōu)、SOC最優(yōu)、容量最優(yōu)、均衡時(shí)間最優(yōu)。相比于被動(dòng)均衡，主動(dòng)均衡的計(jì)算復(fù)雜度更高，控制策略復(fù)雜。但均衡效果更好，能夠更好的解決電池間的不一致性。

3 結(jié)語(yǔ)

為了確保動(dòng)力電池系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，提高電池的使用效率，均衡是不可缺少的。目前，國(guó)內(nèi)的主要均衡方式主要包括被控均衡和主動(dòng)均衡。對(duì)于主動(dòng)均衡的控制策略大多以電壓、SOC、容量等作為均衡控制指標(biāo)，常見(jiàn)的均衡拓?fù)渲饕ㄩ_(kāi)關(guān)電感法，DC/DC變換法等。在本文中著重對(duì)常用的幾種均衡控制拓?fù)浼熬饪刂撇呗哉归_(kāi)研究，總結(jié)每種均衡的優(yōu)缺點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Hua Y，Cordoba-Arenas A，Warner N，et al. A multi time-scale state-of-charge and state-of-health estimation framework using nonlinear predictive filter for lithium-ion battery pack with passive balance control[J]. Journal of Power Sources，2015，280：293-312.

[2]Aizpuru I，Iraola U，Canales J M，et al. Passive balancing design for Li-ion battery packs based on single cell experimental tests for a CCCV charging mode[C]//Clean Electrical Power（ICCEP），2013 International Conference on. IEEE，2013：93-98.