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锂电池充放电均衡一体化的电池管理系统解决方案
随着电池技术的发展,锂离子动力电池以其能量密度高、功率特性好、寿
命长等方面的良好性能成为新一代电动汽车的理想动力源。为了满足电动汽车
的能量和功率需求,往往是由单体电池通过串并联形成动力电池组供车辆使用。
由于电池性能不一致的问题,使得成组电池在利用率、使用寿命、安全性等方
面的性能远不及单体电池。具有高效均衡管理功能的电池管理系统能够大幅提
高动力电池组的整体性能、有效的延长电池组的使用寿命、大大降低整车的使
用和维护成本。为安全、高效、实用的电动汽车的推广提供技术保障。
目前,电池管理系统在电池在线监测、状态评估、充电管理、数据通信、
控制策略等方面都取得了一定进步,但电池组高效均衡技术方面的研究还处于
起步阶段。均衡技术研究分为均衡控制策略和均衡电路拓扑设计及硬件实现方
式两个方面。实际应用的在线均衡策略以电池外电压作为控制对象,由于外电
压不能有效的反应电池的实际内在差异,所以均衡效率和效果均不理想;在硬
件方面主要采用电阻旁路放电均衡,均衡电流受到发热量的限制而很难提高。
电池组一致性及均衡策略
电池组的一致性问题是指在电池组内串联单体电池之间在容量、内阻、
SOC 等方面的差异性,这直接决定了整组电池的使用性能,从而影响到电动汽
车的动力性和续航里程。造成电池不一致的主要原因包括:生产过程产生的不
一致,电池生产工艺及材质的差异性,造成电池之间在初始容量、直流内阻、
自放电现象和充放电效率等性能方面存在差异;电池初始性能参数的差异在使
用过程中形成累积;电池初始性能参数的一致性问题在使用过程中被放大;电
池使用环境的差异对电池组一致性问题存在较大影响。
由于电池的不一致性来自于电池内阻、容量和 SOC,而传统一致性评价方
法和均衡方式以外电压一致性作为控制目标,并没有有效地提高电池组的可用
容量,所以也不能改善电池组一致性问题对成组电池使用造成的不良影响。
由于直流内阻、极化电压、最大可用容量为电池的特定参数,在一次或连
续的几次充放电过程中基本不发生变化,所以电池组的均衡主要通过调整各单
体电池的 SOC 来实现。经研究,以 SOC 作为均衡的参考对象,均衡对象相对
固定,充分利用均衡时间,提高均衡利用率来降低均衡电流容量。
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