混合动力汽车电池均衡方案的研究

　　1 引 言

　　发展清洁能源， 已经成为世界各国应对金融危机和经济衰退的核心战略之一。由于电动汽车在使用中可实现零污染， 因此， 它是解决汽车污染和能源问题的最有效途径。混合动力汽车由于融合了内燃机汽车和电动汽车的优点， 近年来成为世界范围内新型汽车开发的热点。

　　锂离子电池以其优良的性能被认为是电动汽车的理想能源。但混合动力汽车的行驶工况复杂多变，电池的充放电频繁且极其不规则，这将使电池寿命受到严重影响。因此，提出有效的电池控制和管理方法，延长电池的使用寿命，成为混合动力车研究和开发的重要课题之一。

　　2 均衡的意义

　　为了达到一定的电压、功率和能量等级， 混合动力车用电池需要串联成组使用。各单体电池在制造、初始容量、电压、内阻以及温度等方面均不完全相同， 在使用过程中， 电荷量低的电池会过早的达到限制电压， 容易造成过充电或者过放电， 而且即便是很小的差异， 在经过一定的循环次数后， 都会变成不可忽视的差异。再者， 锂电池的抗滥用能力较差， 加之应用技术还不完善， 使锂电池滥用几率大大增加，以致影响整组电池的循环寿命。因此在混合动力车工作过程中， 电池间的一致性是决定电池寿命的一个非常重要的因素， 为减小这种不一致性对锂离子电池组的影响， 在电池组的充放电过程中，增加了均衡电路。

　　3 均衡控制原理

　　3. 1 均衡方式的选择

　　电池的均衡过程实际上是电池荷电状态( SOC )的均衡。对于锂电池来讲， 电池在SOC 高端和低端时电压变化较快， 在中间部分的曲线较平稳， 整个曲线并不成线性。但混合动力车工作时， SOC 的范围约在30% 至70% 之间， 图中此范围内的电压与SOC基本成线性关系， 也就是说在这个区间内电池电压可以很好的反映电池SOC的值， 说明通过电压对电池均衡是混合动力车较理想的均衡方式。

　　如何经济可靠的解决串联电池组电压均衡的问题， 理论上的均衡方法很多。目前的均衡控制电路按能量的消耗情况分为能耗型和非能耗型两大类。

　　能耗型就是在每只单体电池两端并联一个可控电阻， 当电池电压达到或超过限定值时， 电阻导通， 承担一部分充电电流， 使流过电池内部的充电电流减小， 从而维持限制电压。流过电阻的电能以热的形式释放， 故称为能耗型。此种方式结构简单， 成本低。非能耗型电路的耗能比能耗型要小， 但电路结构相对复杂， 成本较高。结合本项目的应用环境， 考虑到混合动力车用电池经常处于不规则的充放电模式下， 并兼顾经济性及车内空间等问题， 这里选用能耗型均衡。

　　3. 2 均衡电路的控制

　　均衡电路结构如图1所示。

　　

 

　　图1 电阻放电均衡电路结构图

　　当均衡电路工作时， 电池监控IC将实时检测各个单体电池电压， 当单体电池不一致电压达到一定值时， 通过控制开关管S 1， S 2， ， Sn， 来控制所需要的均衡容量。均衡容量与均衡时间和均衡电流有如下关系:

　　

 

　　由此可见， 电路的计算和控制较为简单， 不需要复杂的能量存储和转移过程， 且均衡时间容易掌握，具有实际应用价值。