电动汽车锂主动平衡电池管理系统

《电动汽车锂主动平衡电池管理系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、电动汽车主动平衡式锂电池管理系统----理论及简介部分引言近年来，以锂电池为动力的电动自行车、混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等受到了市场越来越多的关注。动力电池在交通领域的应用，对于减少温室气体的排放、降低大气污染以及新能源的应用有着重要的意义。其中锂电池以高能量密度、高重复循环使用次数、重量轻以及绿色环保等优势越来越受到人们的关注，并已经开始进入电动车、电动汽车等大功率的应用中，成为全球电动汽车发展的热点但是由于锂电池在加热、过充/过放电流、振动、挤压等滥用条件下可能导致电池寿命缩短以致损坏，甚至会发生着火、爆炸等事件，因此安全性

2、问题成为动力锂电池商业化推广的主要制约因素。安全型、低成本、长寿命锂离子电池的安全标准、安全评价方法、电池制造过程的安全与可靠性控制以及通过正负极材料、电解质与隔膜优选改善电池安全与可靠性是实现确保大型动力锂离子电池安全可靠，实用化的关键。而电池管理系统作为电池保护和管理的核心部件，不仅要保证电池安全可靠的使用，而且要充分发挥电池的能力和延长使用寿命，电池管理系统对于电动汽车性能起着越来越关键的作用。电池管理系统的主要功能电池管理系统与电动汽车的动力电池紧密结合在一起，对电池的电压、电流、温度进行时刻检测，同时还进行漏电检测、热管理、电池

3、均衡管理、报警提醒，计算剩余容量、放电功率，报告SOC&SOH状态，还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程、以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，通过CAN总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通讯。电池管理系统的基本功能：1）监测单体电芯的工作状况，例如单体电池电压、工作电流、环境温度等。2）充/放电过程中，电池组单体电池间电压平衡Balancing。3）保护电池，避免电池工作在极端的条件下发生电池寿命缩短，损坏，甚至发生爆炸、起火等危害人身安全的事故。电池管理系统电压平衡

4、方案及原理作为电池管理系统中最重要的功能之一，可保护或避免单个电池由于容量的不统一造成的过充/过放电现象。在串联电池组充电过程中，当单个电池达到饱和电压后，会造成整体电池组充电电流下降，延长充电时间。此时该较小的充电电流会在饱和的单体电池上，造成过充，并以发热的形式散发掉这部分不可被存储的电能。该状态会迅速降低电池寿命，减小电池的容量。放电过程中，当单个电池达到最小放电电压后，应该进入保护状态。但由于电池组中其他电池仍有能量剩余继续放电，造成了在单个电池上的过放电。该状态也将极大影响电池容量。电压平衡的引入可以很好解决上述两种影响电池性能

5、和寿命的工况。国际上当前有两种流行的电压平衡处理方案：被动式平衡和主动式平衡被动式平衡原理如图1所示，电池组中每个单体电池都并联一个小阻值的功率电阻。电池管理系统周期性检测每个电池的电压，由于单个电池的非一致性，允许存在较小的电压差（20mV左右）。但当两个电池体间电压差超过允许最大差值时，电压高的单个电池所对应的开关被闭合，其存储的电能将在功率电阻上以热能的形式被释放，保证了所有电池电压的一致性。被动式平衡原理及实现方式简单，造价低，但缺点也非常明显。充电时为保证所有电池都能被充满，首先到达饱和的电池其对应开关在充电完成前，始终处于闭合

6、状态。功率电阻代替电池发热，虽然在一定程度上保护了电池，但降低了充电时的效率。同时在放电状态下，为保护单个电池不被过放电。所有电池电压都被降低，保持在与最低电压的单体电池同一水平，在功率电阻上的消耗，又增加了无用功率部分，导致车辆的行驶里程下降。图2为德国西门子的被动式电源管理模块功率电路部分。图1图2为了解决被动式平衡原理上的缺陷，主动式的平衡方式也很快被引入到电池管理系统中。其优势是避免了功率电阻上的无用功消耗，而将电能在不同电池中进行转移。实现的方式又可分为3种原理。电容交换原理如图3所示每个单体电池并联有两个开关，两个相邻的电池

7、共享一个电容。以下图中电池Z1和Z2为例，假设Z1的电压高于Z2。开关S11和S21闭合，电池Z1给电容C1充电。C1充电完成后，S11和S21开启。此时S12和S22闭合，电容C1将其从Z1中获得的能量转充到了Z2中。该过程作为一次能量传递循环，此循环将一直持续，直到Z1电压降低（Z2电压升高）到同一水平后停止。改变两组开关的闭合开启先后顺序，亦可实现Z2向Z1中的能量传递。图3电感交换原理图4中描述的是以电感为能量转移介质的主动式平衡原理图，相邻两个单体电池间共享一个电感，利用感性元件在高频开关电路下电流单调性的原理，作为电能中间存

8、储单元，来实现两个相邻电池间电压平衡。以下图中电池Z1和Z2为例，假设Z1的电压高于Z2。所有开关首先处于开启状态，S12和S21以互补的方式被高频（15KHz左右）开关，由于电流此时在电感L