《動力電池及能量管理技術(shù)》課件-任務3 動力電池均衡管理VIP

項目三動力電池能量管理PART031.了解動力電池的均衡管理。2.掌握動力電池的均衡管理方法。3.掌握動力電池均衡充電控制策略。4.熟悉動力電池均衡管理系統(tǒng)應用中存在的問題。任務目標一、動力電池均衡管理的功能由于電動汽車類型和使用條件限制，對電池組功率、電壓等級和額定容量的要求存在差別，電池組中單體電池數(shù)量存在很大的差異。新的電池在出廠時，已經(jīng)做好了電池的均衡，容量一致，長時間使用后，容量產(chǎn)生衰減，各個電池之間的容量變得不一致。任務3動力電池均衡管理造成單體電池間差異的因素主要有以下三方面：（1）電池制作工藝限制，即使同一批次的電池也會出現(xiàn)不一致。（2）電池組中單體電池的自放電率不一致。（3）電池組使用過程中，溫度、放電效率、保護電路對電池組的影響會導致差異的放大。任務3動力電池均衡管理從電池集成和管理方面來看，主要可以從兩個方面來緩解電池不一致帶來的影響：成組前動力蓄電池的分選；成組后基于電池組不一致產(chǎn)生的表現(xiàn)形式和參數(shù)的電池均衡技術(shù)。然而，成組前單體電池的分選技術(shù)在保證電池組均衡方面能力是有限的，其無法消除電池組在使用過程中產(chǎn)生的不均衡。所以，基于電池組不一致的表現(xiàn)形式和參數(shù)的電池均衡技術(shù)是保證電池組正常工作、延長電池壽命的必要模塊和技術(shù)。任務3動力電池均衡管理任務3動力電池均衡管理二、動力電池的均衡管理方法根據(jù)均衡過程中對傳遞的能量處理方式的不同，均衡電路可以分為能量耗散型（即有損均衡）和非能量耗散型（即無損均衡），國外有些文獻又分別稱之為被動均衡和主動均衡。任務3動力電池均衡管理（一）能量耗散型均衡管理1.恒定分流電阻均衡充電電路每個電池單體上都始終并聯(lián)一個分流電阻。這種方式的特點是可靠性高，分流電阻的值大，通過固定分流來減小由于自放電導致的單體電池差異。其缺點在于無論電池充電還是放電過程，分流電阻始終消耗功率，能量損失大，一般在能夠及時補充能量的場合適用。任務3動力電池均衡管理2.開關(guān)控制分流電阻均衡充電電路分流電阻通過開關(guān)控制，在充電過程中，當單體電池電壓達到截止電壓時，均衡裝置能阻止其過充電并將多余的能量轉(zhuǎn)化成熱能。這種均衡電路在充電期間，特點是可以對充電時單體電池電壓偏高者進行分流。其缺點是由于均衡時間的限制，導致分流時產(chǎn)生的大量熱量需要及時通過熱管理系統(tǒng)耗散，尤其在容量比較大的電池組中更加明顯。任務3動力電池均衡管理（二）非能量耗散型均衡管理1.能量轉(zhuǎn)換式均衡能量轉(zhuǎn)換式均衡是通過開關(guān)信號，將電池組整體能量對單體電池進行能量補充，或者將單體電池能量向整體電池組進行能量轉(zhuǎn)換。其中單體電池能量向整體能量轉(zhuǎn)換，一般都是在電池組充電過程中進行的。任務3動力電池均衡管理電池組整體能量向單體電池轉(zhuǎn)換，電路如圖所示。這種方式也稱為補充式均衡，即在充電過程，首先通過主充電模塊對電池組進行充電，電壓檢測電路對每個單體電池進行監(jiān)控。當任一單體電池的電壓過高，主充電電路就會關(guān)閉，然后補充式均衡充電模塊開始對電池組充電。任務3動力電池均衡管理2.能量轉(zhuǎn)移式均衡能量轉(zhuǎn)移式均衡是利用電感或電容等儲能元件，把能量從電池組中容量高的單體電池，通過儲能元件轉(zhuǎn)移到容量比較低的電池上，如圖3-19所示。該電路是通過切換電容開關(guān)傳遞相鄰單體電池間的能量，從而達到均衡的目的。任務3動力電池均衡管理另外，也可以通過電感儲能的方式，對相鄰單體電池間進行雙向傳遞。能量轉(zhuǎn)移式均衡是一種電池容量補償?shù)姆椒?，就是從容量高的單體電池取出一些電量來補償容量低的單體電池。除上述均衡方法外，在充電應用過程中，還可采用涓流充電的方式實現(xiàn)電池的均衡。任務3動力電池均衡管理三、動力電池均衡充電控制策略鋰電池充電方式很多，有恒壓、恒流以及三段式充電等，合理的充電方式，不僅可以盡可能地將鋰電池電量充滿，而且可以緩解充電過程中對電池本身特性造成的傷害，最大限度地延長電池使用壽命。科學家JostphA.Mass提出了針對鋰電池快速充電的馬斯公式：式中，i（t）為動力電池組進行充電的瞬時電流；I0為對電池組進行充電的最大充電電流允許值；a為充電接受率。任務3動力電池均衡管理通過馬斯公式和最佳充電特性曲線，可以發(fā)現(xiàn)充電電流隨時間呈指數(shù)規(guī)律下降，如圖3-20所示。圖3-21為馬斯公式和最佳充電特性對應的三段式充電策略，圖中C為電池額定容量之電流部分，用以衡量充電電流的大小。任務3動力電池均衡管理四、動力電池均衡管理系統(tǒng)應用中存在的問題現(xiàn)有的電池均衡方案中，基本上是以電池組的電壓來判斷電池的容量，是一種電壓均衡方式。這樣，要達到對電池組均衡的目的，首先，對電壓檢測的準確性和精度要求很高，而電壓檢測電路漏電流的大小，而電壓檢測電路漏電流的大小，直接影響了電池組的一致性。因此，設(shè)計出簡單、高效的電壓檢測電路是均衡電路需要解決的一個問題。同時，電壓不是電池容量的唯一量度