《動(dòng)力電池及能量管理技術(shù)》課件-任務(wù)3 動(dòng)力電池均衡管理

項(xiàng)目三動(dòng)力電池能量管理PART031.了解動(dòng)力電池的均衡管理。2.掌握動(dòng)力電池的均衡管理方法。3.掌握動(dòng)力電池均衡充電控制策略。4.熟悉動(dòng)力電池均衡管理系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題。任務(wù)目標(biāo)一、動(dòng)力電池均衡管理的功能由于電動(dòng)汽車類型和使用條件限制，對(duì)電池組功率、電壓等級(jí)和額定容量的要求存在差別，電池組中單體電池?cái)?shù)量存在很大的差異。新的電池在出廠時(shí)，已經(jīng)做好了電池的均衡，容量一致，長(zhǎng)時(shí)間使用后，容量產(chǎn)生衰減，各個(gè)電池之間的容量變得不一致。任務(wù)3動(dòng)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(huì)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(guò)程中，溫度、放電效率、保護(hù)電路對(duì)電池組的影響會(huì)導(dǎo)致差異的放大。任務(wù)3動(dòng)力電池均衡管理從電池集成和管理方面來(lái)看，主要可以從兩個(gè)方面來(lái)緩解電池不一致帶來(lái)的影響：成組前動(dòng)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(wú)法消除電池組在使用過(guò)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(zhǎng)電池壽命的必要模塊和技術(shù)。任務(wù)3動(dòng)力電池均衡管理任務(wù)3動(dòng)力電池均衡管理二、動(dòng)力電池的均衡管理方法根據(jù)均衡過(guò)程中對(duì)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(wú)損均衡），國(guó)外有些文獻(xiàn)又分別稱之為被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡。任務(wù)3動(dòng)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(gè)電池單體上都始終并聯(lián)一個(gè)分流電阻。這種方式的特點(diǎn)是可靠性高，分流電阻的值大，通過(guò)固定分流來(lái)減小由于自放電導(dǎo)致的單體電池差異。其缺點(diǎn)在于無(wú)論電池充電還是放電過(guò)程，分流電阻始終消耗功率，能量損失大，一般在能夠及時(shí)補(bǔ)充能量的場(chǎng)合適用。任務(wù)3動(dòng)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(guò)開關(guān)控制，在充電過(guò)程中，當(dāng)單體電池電壓達(dá)到截止電壓時(shí)，均衡裝置能阻止其過(guò)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(diǎn)是可以對(duì)充電時(shí)單體電池電壓偏高者進(jìn)行分流。其缺點(diǎn)是由于均衡時(shí)間的限制，導(dǎo)致分流時(shí)產(chǎn)生的大量熱量需要及時(shí)通過(guò)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(wù)3動(dòng)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(guò)開關(guān)信號(hào)，將電池組整體能量對(duì)單體電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，或者將單體電池能量向整體電池組進(jìn)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(guò)程中進(jìn)行的。任務(wù)3動(dòng)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(bǔ)充式均衡，即在充電過(guò)程，首先通過(guò)主充電模塊對(duì)電池組進(jìn)行充電，電壓檢測(cè)電路對(duì)每個(gè)單體電池進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)任一單體電池的電壓過(guò)高，主充電電路就會(huì)關(guān)閉，然后補(bǔ)充式均衡充電模塊開始對(duì)電池組充電。任務(wù)3動(dòng)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(chǔ)能元件，把能量從電池組中容量高的單體電池，通過(guò)儲(chǔ)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(guò)切換電容開關(guān)傳遞相鄰單體電池間的能量，從而達(dá)到均衡的目的。任務(wù)3動(dòng)力電池均衡管理另外，也可以通過(guò)電感儲(chǔ)能的方式，對(duì)相鄰單體電池間進(jìn)行雙向傳遞。能量轉(zhuǎn)移式均衡是一種電池容量補(bǔ)償?shù)姆椒?，就是從容量高的單體電池取出一些電量來(lái)補(bǔ)償容量低的單體電池。除上述均衡方法外，在充電應(yīng)用過(guò)程中，還可采用涓流充電的方式實(shí)現(xiàn)電池的均衡。任務(wù)3動(dòng)力電池均衡管理三、動(dòng)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(guò)程中對(duì)電池本身特性造成的傷害，最大限度地延長(zhǎng)電池使用壽命?？茖W(xué)家JostphA.Mass提出了針對(duì)鋰電池快速充電的馬斯公式：式中，i（t）為動(dòng)力電池組進(jìn)行充電的瞬時(shí)電流；I0為對(duì)電池組進(jìn)行充電的最大充電電流允許值；a為充電接受率。任務(wù)3動(dòng)力電池均衡管理通過(guò)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(shí)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(duì)應(yīng)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(wù)3動(dòng)力電池均衡管理四、動(dòng)力電池均衡管理系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題現(xiàn)有的電池均衡方案中，基本上是以電池組的電壓來(lái)判斷電池的容量，是一種電壓均衡方式。這樣，要達(dá)到對(duì)電池組均衡的目的，首先，對(duì)電壓檢測(cè)的準(zhǔn)確性和精度要求很高，而電壓檢測(cè)電路漏電流的大小，而電壓檢測(cè)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(jì)出簡(jiǎn)單、高效的電壓檢測(cè)電路是均衡電路需要解決的一個(gè)問(wèn)題。同時(shí)，電壓不是電池容量的唯一量度