鋰離子電池充放電均衡一體化的電池管理系統處理方案

隨著電池技術的發展，鋰離子動力電池以其能量密度高、功率特性好、壽命長等方面的良好性能成為新一代電動車的理想動力源。為了滿足電動車的能量和功率需求，往往是由單體電池通過串并聯形成動力電池包供車輛使用。由于電池性能不一致的問題，使得成組電池在利用率、使用壽命、安全性等方面的性能遠不及單體電池。具有高效均衡管理功能的電池管理系統能夠大幅提高動力電池包的整體性能、有效的延長電池包的使用壽命、大大降低整車的使用和維護成本。為安全、高效、實用的電動車的推廣提供技術保障。

目前，電池管理系統在電池在線監測、狀態評估、充電管理、數據通信、控制策略等方面都取得了一定進步，但電池包高效均衡技術方面的研究還處于起步階段。均衡技術研究分為均衡控制策略和均衡電路拓撲設計及硬件實現方式兩個方面。實際使用的在線均衡策略以電池外電壓作為控制對象，由于外電壓不能有效的反應電池的實際內在差異，所以均衡效率和效果均不理想；在硬件方面主要采用電阻旁路放電均衡，均衡電流受到發熱量的限制而很難提高。

電池包一致性及均衡策略

電池包的一致性問題是指在電池包內串聯單體電池之間在容量、內阻、SOC等方面的差異性，這筆直決定了整組電池的使用性能，從而影響到電動車的動力性和續航里程。造成電池不一致的主要原由包括：加工過程萌生的不一致，電池加工工藝及材質的差異性，造成電池之間在初始容量、直流內阻、自放電現象和充放電效率等性能方面存在差異；電池初始性能參數的差異在使用過程中形成累積；電池初始性能參數的一致性問題在使用過程中被放大；電池使用環境的差異對電池包一致性問題存在較大影響。

由于電池的不一致性來自于電池內阻、容量和SOC，而傳統一致性評價辦法和均衡方式以外電壓一致性作為控制目標，并沒有有效地提高電池包的可用容量，所以也不能改善電池包一致性問題對成組電池使用造成的不良影響。

由于直流內阻、極化電壓、最大可用容量為電池的特定參數，在一次或連續的幾次充放電過程中基本不發生變化，所以電池包的均衡主要通過調整各單體電池的SOC來實現。經研究，以SOC作為均衡的參考對象，均衡對象相對固定，充足利用均衡時間，提高均衡利用率來降低均衡電流容量。

圖1均衡策略軟件流程

以電池的SOC為控制對象，通過對單體電池充放電的方式來縮小電池之間SOC的差別。首先需要確定均衡目標，通常為了提高均衡的效率以及充足發揮充放電均衡的優點，將該目標設定為電池包的均勻荷電狀態值(SOC)。并同樣設置均衡控制帶(dSOC)來戒備均衡的波動，對于SOC偏高的單體進行放電均衡，反之則進行充電均衡。然后可以利用各只電池SOC之間的差值(ASOC)以及額定容量計算出每節電池所需的均衡容量，通過計量容量的方式來完成均衡。該均衡策略判斷流程如圖1所示。基于SOC的均衡策略不僅能夠實現提高電池包容量利用率的目的，同時還處理了一致性問題對電池包狀態識別影響的問題。由于均衡過后各電池的SOC趨于一致，所以電池包的SOC就等于容量最差單體電池的SOC，通過這種方式來修正SOC，可以大大降低電池包SOC的估算復雜程度。

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