一、電池均衡管理生產電芯的工藝因素或者在使用環境不一致等多種因素的影響,電池組內的各個單體電芯存在不同程度的不一致。電池的均衡控制管理,是指通過一定的措施儘可能降低電池不一致性的影響,以達到優化電池組整體性能的一致性,達到延長電池組整體壽命的效果。
電池狀態監測是的電池均衡控制管理的前提和基礎,要做到較好均衡控制管理,需要能夠對電池的 SoC(電池荷電狀態)、SoH(電池健康狀態)、SoF(電池功能狀態、SoL(電池剩餘壽命)狀態評估等信息有精確和及時的採集。
二、均衡電路設計
電池均衡電路的作用是通過調整電池之間的電荷分布,使得每個電池的電荷狀態保持在相似的水平,從而提高電池組的整體性能和壽命。 根據均衡過程能量的管理的方式不同,電池均衡的方式分為了 2.1、被動均衡耗散性的方式是通過消耗電量較高的電池電量,來保證電池組中每個電池電量相接近的一種手段,這種方式也是目前比較成熟和常用的電池均衡方法 耗散性均衡電路單體電池 BAT1/2、可控電子開關 SW1/2、均衡電阻 R1/2,均衡過程當某路 BAT 單體電池的電壓相對其他電池電壓更高時,則會閉合該路 BAT 的電子開關,使得該路電池與均衡電阻形成閉合迴路,電池部分能量耗散在均衡電阻上,通過採集計算與控制電路單元,最終使得各個單體電 BAT 的電池電壓處於相對均衡的狀態,為了閉合迴路中的均衡電阻失效,串聯保險絲 Fuse,用於短路安全保護。 對於電池的狀態信息採集電路單元,目前一般以模擬前端(AFE)晶片為主,控制電路則以外圍的電路實現。例如 NXP MC33772 的最大均衡電流為 300mA,由於耗散在均衡電阻上的電量,部分通過熱的形式輻射出去,長時間均衡會導致均衡電阻發熱,因此需要在均衡電路上添加散熱措施與熱管理。 2.2、主動均衡非耗散性均衡方式是電路通過一定的控制手段,讓電量較高的電池將部分電量轉移到電量較低的電池,最終保證電池組電池電量一致性。 主動均衡的思路是通過儲能元件間接的方式將電量過渡,在電池旁路添加儲能元件,將電池的多餘能量存儲在儲能元件中,再將這些能量傳輸到能量相對較少的單體電池中。由於主動均衡不依賴均衡電阻,因此均衡電流較大,一般能達到 2~5A,均衡速度更快。 根據所採用的能量轉移方式的不同,主動均衡電路目前有電感能量轉移的均衡方式方案及基於變壓器 DCDC 變換的均衡方案。 2.2.1、電感轉移電量的均衡方式假設 BAT1 電電量 < BAT2 的電量 ① 將 I1+ 與 I1- 導通,BAT1 向 C1 充電 ② 當 C1 電壓與 BAT1 相等時,關閉 I1+ 與 I1-,閉合 SW1,C1 將向 L1 充電 ③ 當 L1 充滿時,再斷開 SW1,閉合 SW2,L1 的電量傳輸給 C2 ④ 最後通過控制 I2 電流實現能量的轉移 恆流控制單元可以實現均衡過程電流平衡,有利於電池安全的保護,但這種方式只能在相鄰電池之間進行能量轉移,效率不高。 2.2.2、DCDC 轉移電量的均衡方式DCDC 轉移電量的均衡方式,由兩階 DCDC1/2、開關列陣 MUX、DCDC BUS(供電總線)組成,DCDC1 主要以單體電芯為單位、DCDC2 則以電池組為單位。 DCDC1 用於組內單體電芯的均衡(雙向恆壓恆流),DCDC2 用於電池組和電池組之間均衡。相比電感轉移電量的均衡方式電路,這種方式可以實現任意單體或者電池組之間的均衡,均衡效果更佳,但相對整體硬體成本也會更高。 三、參考資料《汽車 BMS 介紹》 《ds633730 - MC33772C Datasheet (3.0).pdf》 《電池管理系統(BMS)設計與製造技術》 |