《动力电池及能量管理技术》课件-任务3 动力电池均衡管理

项目三动力电池能量管理PART031.了解动力电池的均衡管理。2.掌握动力电池的均衡管理方法。3.掌握动力电池均衡充电控制策略。4.熟悉动力电池均衡管理系统应用中存在的问题。任务目标一、动力电池均衡管理的功能由于电动汽车类型和使用条件限制，对电池组功率、电压等级和额定容量的要求存在差别，电池组中单体电池数量存在很大的差异。新的电池在出厂时，已经做好了电池的均衡，容量一致，长时间使用后，容量产生衰减，各个电池之间的容量变得不一致。任务3动力电池均衡管理造成单体电池间差异的因素主要有以下三方面：（1）电池制作工艺限制，即使同一批次的电池也会出现不一致。（2）电池组中单体电池的自放电率不一致。（3）电池组使用过程中，温度、放电效率、保护电路对电池组的影响会导致差异的放大。任务3动力电池均衡管理从电池集成和管理方面来看，主要可以从两个方面来缓解电池不一致带来的影响：成组前动力蓄电池的分选；成组后基于电池组不一致产生的表现形式和参数的电池均衡技术。然而，成组前单体电池的分选技术在保证电池组均衡方面能力是有限的，其无法消除电池组在使用过程中产生的不均衡。所以，基于电池组不一致的表现形式和参数的电池均衡技术是保证电池组正常工作、延长电池寿命的必要模块和技术。任务3动力电池均衡管理任务3动力电池均衡管理二、动力电池的均衡管理方法根据均衡过程中对传递的能量处理方式的不同，均衡电路可以分为能量耗散型（即有损均衡）和非能量耗散型（即无损均衡），国外有些文献又分别称之为被动均衡和主动均衡。任务3动力电池均衡管理（一）能量耗散型均衡管理1.恒定分流电阻均衡充电电路每个电池单体上都始终并联一个分流电阻。这种方式的特点是可靠性高，分流电阻的值大，通过固定分流来减小由于自放电导致的单体电池差异。其缺点在于无论电池充电还是放电过程，分流电阻始终消耗功率，能量损失大，一般在能够及时补充能量的场合适用。任务3动力电池均衡管理2.开关控制分流电阻均衡充电电路分流电阻通过开关控制，在充电过程中，当单体电池电压达到截止电压时，均衡装置能阻止其过充电并将多余的能量转化成热能。这种均衡电路在充电期间，特点是可以对充电时单体电池电压偏高者进行分流。其缺点是由于均衡时间的限制，导致分流时产生的大量热量需要及时通过热管理系统耗散，尤其在容量比较大的电池组中更加明显。任务3动力电池均衡管理（二）非能量耗散型均衡管理1.能量转换式均衡能量转换式均衡是通过开关信号，将电池组整体能量对单体电池进行能量补充，或者将单体电池能量向整体电池组进行能量转换。其中单体电池能量向整体能量转换，一般都是在电池组充电过程中进行的。任务3动力电池均衡管理电池组整体能量向单体电池转换，电路如图所示。这种方式也称为补充式均衡，即在充电过程，首先通过主充电模块对电池组进行充电，电压检测电路对每个单体电池进行监控。当任一单体电池的电压过高，主充电电路就会关闭，然后补充式均衡充电模块开始对电池组充电。任务3动力电池均衡管理2.能量转移式均衡能量转移式均衡是利用电感或电容等储能元件，把能量从电池组中容量高的单体电池，通过储能元件转移到容量比较低的电池上，如图3-19所示。该电路是通过切换电容开关传递相邻单体电池间的能量，从而达到均衡的目的。任务3动力电池均衡管理另外，也可以通过电感储能的方式，对相邻单体电池间进行双向传递。能量转移式均衡是一种电池容量补偿的方法，就是从容量高的单体电池取出一些电量来补偿容量低的单体电池。除上述均衡方法外，在充电应用过程中，还可采用涓流充电的方式实现电池的均衡。任务3动力电池均衡管理三、动力电池均衡充电控制策略锂电池充电方式很多，有恒压、恒流以及三段式充电等，合理的充电方式，不仅可以尽可能地将锂电池电量充满，而且可以缓解充电过程中对电池本身特性造成的伤害，最大限度地延长电池使用寿命。科学家JostphA.Mass提出了针对锂电池快速充电的马斯公式：式中，i（t）为动力电池组进行充电的瞬时电流；I0为对电池组进行充电的最大充电电流允许值；a为充电接受率。任务3动力电池均衡管理通过马斯公式和最佳充电特性曲线，可以发现充电电流随时间呈指数规律下降，如图3-20所示。图3-21为马斯公式和最佳充电特性对应的三段式充电策略，图中C为电池额定容量之电流部分，用以衡量充电电流的大小。任务3动力电池均衡管理四、动力电池均衡管理系统应用中存在的问题现有的电池均衡方案中，基本上是以电池组的电压来判断电池的容量，是一种电压均衡方式。这样，要达到对电池组均衡的目的，首先，对电压检测的准确性和精度要求很高，而电压检测电路漏电流的大小，而电压检测电路漏电流的大小，直接影响了电池组的一致性。因此，设计出简单、高效的电压检测电路是均衡电路需要解决的一个问题。同时，电压不是电池容量的唯一量度