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适用于混能及全电动汽车的电池管理系统设计方案

消耗积分:0 | 格式:rar | 大小:0.3 MB | 2017-11-29

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混能及全电动汽车广受市场欢迎，其增长率更是一直大幅飙升，因此显示汽车电动化的发展即将进入另一个崭新的阶段。
　　对于电动汽车来说，电池组是车内最昂贵而稳定性又最成疑问的组件。高性能的电池管理系统可为混能及全电动的汽车提供一个理想的解决方案，解决电池组电量不足的问题。正如Chevy Volt 的设计团队所言：“我们的工程师在研发过程中发现采用电池管理系统可大幅延长电池寿命，确保电池能充分发挥其性能。换言之，电池管理系统是解决电池问题的关键。”
　　被动平衡解决方案及其相关问题
　　电池管理系统的设计要面对许多问题，诸如大量串联的小电池的充电问题以及如何确保电池组内每一枚小电池都不会过量充电等。锂电池对于过压情况极为敏感，过压会降低电池性能，甚至会令电池严重受损，无法再用。不同的电池各有不同的性能参数，因此性能也各不相同。此外，每次重新充电前，不同的电池也各有不同的残余电荷，因此部分电池会较快充满电，以致这些电池会因为出现过压而严重受损，无法再次使用。
　　目前有一个方法可以确保电池组内的所有小电池都能充满电，即将电流分流至旁路电阻，称为被动平衡方法。该方法可将不需要的充电电流分流至电阻，让电阻耗散这些电流，以免电池过量充电。这个功率耗散功能可将电池分流出来的电流限定在某一范围内。
　　被动平衡方法无法在电池放电时发挥作用，因此必须寻求其他办法。
　　即使电池组内的不同小电池之间取得高度的平衡，其储电量也是不尽相同。这个现象称为储电量失衡。即使不同小电池的储电量在开始时完全相同，但由于部分小电池的内部损耗较大，因此到后来它们的实际储电量也会各不相同。此外，同一厂商生产的小电池都各有不同的性能参数，因此厂商通常会严格挑选参数差距最少的小电池放在同一电池组内。但整个测试过程需要花费较多时间，而且不合格的小电池会被筛出，这样会增加厂商的成本负担。随着电池老化，其储电量也会相应递减，令各小电池的参数差距进一步扩大。加上电池组内不同的小电池各有不同的温度梯度，因此小电池的老化程度也各不相同。热量管理技术可以在电池平衡方面发挥关键作用，但引进这种技术会大幅增加成本。
　　实际储电量较低而且呈“弱势”的小电池承受最大的放电压力，因此耗电最快，令其充电量比其他强势电池少。经过一段时间的使用之后，这类“弱势”的小电池会较快老化，储电量的跌幅也较大。换言之，这些小电池的寿命会更短，整个电池组的寿命也会因此而缩短。
　　主动平衡的解决方案
　　主动平衡方法可以解决锂电池所面对的问题。主动平衡系统无需先将电池电流分流，然后再将电流耗散，其优胜之处是可以通过直流/直流转换器将电荷传送至电池组内的小电池。无论小电池处于充电、放电还是空闲状态，都可传送电荷，而各小电池之间也可经常保持平衡。由于主动平衡方法的电荷传送效率极高，因此可以提供较高的平衡电流，令电池组内各小电池可以更快地达到平衡，而且充电速度也更高，这是被动平衡方法所无法做到的。
　　空闲的电池也会漏电，而且即使不同的小电池之间已达到完全平衡状态，由于温度梯度不同，令各小电池的内部漏电速度各不相同，以致电荷漏失率也各不相同。电池温度每升高10 ℃，漏电率便上升一倍。主动平衡功能可以确保空闲的小电池不断重新寻求平衡。不同小电池之间必须经常保持平衡才可充分利用电池组内的所有储电。
　　图1显示了主动平衡方法相比被动平衡方法的优势。由于电池各有不同的储电量，采用被动平衡方法，电池组的总储电量相等于充电时的最高和最低储电量之间的差额。
　　适用于混能及全电动汽车的电池管理系统设计方案
　　整个电池组可以不断放电，直至某一小电池的储电量已降至其最低水平为止，此时其他小电池还有未用的残余电能，因此电池组的实际储电量（充电量）会减少。
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