一種新能源汽車電池管理系統(tǒng)主動(dòng)均衡方案

　　摘要：本文介紹了一種基于英飛凌16位單片機(jī)和8位單片機(jī)的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的主動(dòng)均衡方案。通過(guò)變壓器來(lái)轉(zhuǎn)移能量，使得各電池之間電量始終保持均衡，避免過(guò)充電或過(guò)放電的狀況發(fā)生，可以大大提高電池的壽命和使用效率。

　　背景介紹

　　隨著環(huán)保節(jié)能愈加受到重視，新能源汽車成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而蓄電池則是制約新能源汽車推廣及產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)很重要的因素。為了提高蓄電池的使用壽命，各大廠商提出了很多不同的解決方案，電池管理系統(tǒng)就是其中的一種，因?yàn)槠淠軌虼蠓岣咴须姵匦阅芏玫搅藦V泛的研究。

　　經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，如果電池長(zhǎng)期工作在過(guò)充電或者過(guò)放電的情況下，會(huì)對(duì)電池造成較大的影響，會(huì)導(dǎo)致電池的容量下降。隨著電池使用次數(shù)增加，其容量也會(huì)隨之變小。而且，容量變化的程度不一，即使是同一品牌的電池使用相同的時(shí)間后，其容量變化情況也不盡相同。由于電動(dòng)汽車需要多個(gè)電池串聯(lián)起來(lái)組成電池包來(lái)供電，一般來(lái)說(shuō)，若干個(gè)電池組成一個(gè)電池模塊，若干個(gè)電池模塊再串聯(lián)起來(lái)組成電池包。在使用一段時(shí)間后，每個(gè)電池的容量會(huì)有不同程度的下降，這樣，便造成了電池模塊內(nèi)部以及電池模塊間的不均衡狀態(tài)。電池包的整體容量受到單個(gè)“短板”電池的限制，利用率被大大減小。新能源汽車每次充電的里程數(shù)也會(huì)大大縮短。正是在這樣的背景下，電池管理系統(tǒng)和電池的均衡方案被提出。

　　電池管理系統(tǒng)可以對(duì)單個(gè)電池的工作狀況進(jìn)行檢測(cè)，包括電池電壓、工作電流及環(huán)境溫度。同時(shí)，利用電池電量均衡策略，可以消除電池間電量的差異，提高電池的使用率，避免由于電池過(guò)充或過(guò)放而引起的危及電池壽命和行車安全的情況出現(xiàn)。

　　方案介紹

　　目前電池管理系統(tǒng)的方案主要分為被動(dòng)均衡方案和主動(dòng)均衡方案兩大類，都是為了解決電池模塊內(nèi)部不均衡問(wèn)題提出的。所謂被動(dòng)均衡方案，是指使用電阻等被動(dòng)消耗電池多余能量的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電池間的均衡。與被動(dòng)均衡不同，主動(dòng)均衡采用了進(jìn)行了能量的轉(zhuǎn)移的策略，即將電量最多的電池的電量轉(zhuǎn)移到其它電池，或者是將其它電池的電量轉(zhuǎn)移給電量最少的電池。與被動(dòng)均衡方案相比，主動(dòng)均衡方案的電池能量利用率更高，所以本文將介紹主動(dòng)均衡方案。

　　圖1表示的則是一種利用反激式變壓器來(lái)對(duì)電池多余能量進(jìn)行儲(chǔ)藏和轉(zhuǎn)換的主動(dòng)均衡方案。如圖所示，變壓器的初級(jí)線圈連接整個(gè)電池模塊，次級(jí)線圈與單個(gè)電池連接。初級(jí)線圈和次級(jí)線圈都各自有開關(guān)控制是否與電池形成回路。　　

 

　　在電壓掃描模式下，依次閉合與各電池相連的次級(jí)線圈很短時(shí)間，然后斷開，可以將對(duì)應(yīng)電池的電壓傳遞至所有線圈。在初級(jí)線圈進(jìn)行采樣并得到各電池的電壓值后，計(jì)算其平均值，可以比較得出電壓值與平均值相差最多的那個(gè)電池。如果該電池的電壓高于平均值，則需要將其電量轉(zhuǎn)移到整個(gè)電池組中。如圖2中所示，假設(shè)第5節(jié)電池為電量最多的電池，則先閉合第5節(jié)電池的次級(jí)線圈，使電流流過(guò)該次級(jí)線圈，由于自感的存在，電池中轉(zhuǎn)移出的能量在線圈中以磁場(chǎng)的形式得到存儲(chǔ)。儲(chǔ)能完成之后，再斷開次級(jí)線圈;在次級(jí)線圈的開關(guān)斷開的同時(shí)，必須閉合初級(jí)線圈開關(guān)。此時(shí)，變壓器就從儲(chǔ)能模式進(jìn)入了能量輸出模式。能量通過(guò)初級(jí)線圈輸入整個(gè)電池模塊中，這種方式也被稱為“頂部均衡”。反之，如果偏差最大的電池電壓小于平均值，那么則需要把其他電池的電量轉(zhuǎn)移到這一節(jié)電池中來(lái)。如圖3所示，假設(shè)第2節(jié)電池的電量最低，那么先閉合初級(jí)線圈開關(guān)，讓整個(gè)電池組開始對(duì)變壓器初級(jí)線圈充電;充電完成之后，再斷開初級(jí)線圈;在初級(jí)線圈開關(guān)斷開的同時(shí)，閉合相應(yīng)的次級(jí)線圈開關(guān)，讓初級(jí)線圈中的能量轉(zhuǎn)移到低電量的電池中。這種方式也被稱為“底部均衡”。