混合动力车用锂离子电池均衡方案研究(2)

2011年11月28日 13:48
来源：chinaaet

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当均衡电路工作时， 电池监控IC将实时检测各个单体电池电压， 当单体电池不一致电压达到一定值时， 通过控制开关管S 1， S 2， ， Sn， 来控制所需要的均衡容量。均衡容量与均衡时间和均衡电流有如下关系:

C 为均衡容量， Ie qu为均衡电流， t为均衡时间，其中Iequ =Ud/R， Ud 为单体电压值， R 为放电电阻。

通过电阻R 把单体电池中的充电电流进行分流， 电压较高的电池通过电阻R 耗能向电压较低的电池靠拢。在均衡过程中， 均衡电流Iequ并不是恒定的值， 它将随电池端电压的下降而减小。但由于均衡电流较小， 一般在100mA 以内， 因此可以认为Iequ是近似恒定的， 并通过近似计算得到均衡时间。例如， 一块电池需要均衡的容量为0. 4Ah， 均衡放电电阻100Ω， Ud 为4V， 那么均衡时间:

由此可见， 电路的计算和控制较为简单， 不需要复杂的能量存储和转移过程， 且均衡时间容易掌握，具有实际应用价值。

4 均衡电路设计

对电池进行均衡控制的硬件组成主要有MCU控制单元， 电池监控IC， 均衡电路， 以及电源电路，温度模块， 风扇控制电路等。电路结构图如图2所示， 电池监控IC 采集各单体电池端电压， 并实时向MCU 发送数据。上位机通过CAN 总线与监控IC通信， 将数据实时显示。温度模块采用智能化温度传感器， 它把温度传感器， 外围电路， A /D 转换器，微控制器和接口电路集成到一个芯片中， 对电池进行温度测量、温度控制并与MCU 进行数据通讯。

图2 均衡电路硬件结构框图。

5 均衡控制策略的制定

通过平衡电压来平衡容量的均衡方法在控制时应兼顾以下几点:

( 1)均衡放电电阻R 的选取。均衡电路工作时， 能量高的电池会通过放电电阻以热能的形式释放掉， 如果此时电阻温度过高， 可能会造成电路热失控， 存在安全隐患， 因此， 电阻的值不能过小; 另一方面， 均衡电流直接决定了均衡时间， 如果均衡电流过小， 会使均衡时间过长， 达不到均衡要求， 而均衡电流的大小是由放电电阻决定的， 电阻值越大均衡电流越小， 因此， 电阻值又不能过大。综上， 电阻值能否适当选取是均衡效果的关键。

( 2)均衡电压阈值( a) 的设定。电压阈值的大小直接决定了均衡电路启动及关闭的时刻， 若电压阈值设的过大， 会导致均衡时间过短， 均衡效果不明显， 达不到要求， 电压阈值设的过小， 则均衡时间过长， 不但白白消耗了能量， 且对电池组各电池有害无益。因此， 需要从电池容量不一致所表现的充放电特征分析， 并结合混合动力车的应用情况来设置均衡阈值。