混合動(dòng)力汽車電池均衡方案的研究

　　1 引 言

　　發(fā)展清潔能源， 已經(jīng)成為世界各國(guó)應(yīng)對(duì)金融危機(jī)和經(jīng)濟(jì)衰退的核心戰(zhàn)略之一。由于電動(dòng)汽車在使用中可實(shí)現(xiàn)零污染， 因此，它是解決汽車污染和能源問(wèn)題的最有效途徑?；旌蟿?dòng)力汽車由于融合了內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)， 近年來(lái)成為世界范圍內(nèi)新型汽車開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。

　　鋰離子電池以其優(yōu)良的性能被認(rèn)為是電動(dòng)汽車的理想能源。但混合動(dòng)力汽車的行駛工況復(fù)雜多變，電池的充放電頻繁且極其不規(guī)則，這將使電池壽命受到嚴(yán)重影響。因此，提出有效的電池控制和管理方法，延長(zhǎng)電池的使用壽命，成為混合動(dòng)力車研究和開(kāi)發(fā)的重要課題之一。

　　2 均衡的意義

　　為了達(dá)到一定的電壓、功率和能量等級(jí)，混合動(dòng)力車用電池需要串聯(lián)成組使用。各單體電池在制造、初始容量、電壓、內(nèi)阻以及溫度等方面均不完全相同， 在使用過(guò)程中，電荷量低的電池會(huì)過(guò)早的達(dá)到限制電壓， 容易造成過(guò)充電或者過(guò)放電， 而且即便是很小的差異， 在經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后，都會(huì)變成不可忽視的差異。再者， 鋰電池的抗濫用能力較差， 加之應(yīng)用技術(shù)還不完善，使鋰電池濫用幾率大大增加，以致影響整組電池的循環(huán)壽命。因此在混合動(dòng)力車工作過(guò)程中， 電池間的一致性是決定電池壽命的一個(gè)非常重要的因素，為減小這種不一致性對(duì)鋰離子電池組的影響， 在電池組的充放電過(guò)程中，增加了均衡電路。

　　3 均衡控制原理

　　3. 1 均衡方式的選擇

　　電池的均衡過(guò)程實(shí)際上是電池荷電狀態(tài)( SOC )的均衡。對(duì)于鋰電池來(lái)講， 電池在SOC 高端和低端時(shí)電壓變化較快，在中間部分的曲線較平穩(wěn)， 整個(gè)曲線并不成線性。但混合動(dòng)力車工作時(shí)， SOC 的范圍約在30% 至70% 之間，圖中此范圍內(nèi)的電壓與SOC基本成線性關(guān)系， 也就是說(shuō)在這個(gè)區(qū)間內(nèi)電池電壓可以很好的反映電池SOC的值，說(shuō)明通過(guò)電壓對(duì)電池均衡是混合動(dòng)力車較理想的均衡方式。

　　如何經(jīng)濟(jì)可靠的解決串聯(lián)電池組電壓均衡的問(wèn)題， 理論上的均衡方法很多。目前的均衡控制電路按能量的消耗情況分為能耗型和非能耗型兩大類。

　　能耗型就是在每只單體電池兩端并聯(lián)一個(gè)可控電阻， 當(dāng)電池電壓達(dá)到或超過(guò)限定值時(shí)， 電阻導(dǎo)通， 承擔(dān)一部分充電電流，使流過(guò)電池內(nèi)部的充電電流減小， 從而維持限制電壓。流過(guò)電阻的電能以熱的形式釋放， 故稱為能耗型。此種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。非能耗型電路的耗能比能耗型要小， 但電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜， 成本較高。結(jié)合本項(xiàng)目的應(yīng)用環(huán)境，考慮到混合動(dòng)力車用電池經(jīng)常處于不規(guī)則的充放電模式下， 并兼顧經(jīng)濟(jì)性及車內(nèi)空間等問(wèn)題， 這里選用能耗型均衡。

　　3. 2 均衡電路的控制

　　均衡電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電阻放電均衡電路結(jié)構(gòu)圖

　　當(dāng)均衡電路工作時(shí)， 電池監(jiān)控IC將實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)單體電池電壓， 當(dāng)單體電池不一致電壓達(dá)到一定值時(shí)， 通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管S 1， S 2，， Sn， 來(lái)控制所需要的均衡容量。均衡容量與均衡時(shí)間和均衡電流有如下關(guān)系:

　　由此可見(jiàn)， 電路的計(jì)算和控制較為簡(jiǎn)單， 不需要復(fù)雜的能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移過(guò)程， 且均衡時(shí)間容易掌握，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。