混合動力車用電池均衡方案研究
由此可見, 電路的計算和控制較為簡單, 不需要復(fù)雜的能量存儲和轉(zhuǎn)移過程, 且均衡時間容易掌握,具有實際應(yīng)用價值。
4 均衡電路設(shè)計
對電池進行均衡控制的硬件組成主要有MCU控制單元, 電池監(jiān)控IC, 均衡電路, 以及電源電路,溫度模塊, 風(fēng)扇控制電路等。電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示, 電池監(jiān)控IC 采集各單體電池端電壓, 并實時向MCU 發(fā)送數(shù)據(jù)。上位機通過CAN 總線與監(jiān)控IC通信, 將數(shù)據(jù)實時顯示。溫度模塊采用智能化溫度傳感器, 它把溫度傳感器, 外圍電路, A /D 轉(zhuǎn)換器,微控制器和接口電路集成到一個芯片中, 對電池進行溫度測量、溫度控制并與MCU 進行數(shù)據(jù)通訊。
圖2 均衡電路硬件結(jié)構(gòu)框圖。
5 均衡控制策略的制定
通過平衡電壓來平衡容量的均衡方法在控制時應(yīng)兼顧以下幾點:
( 1)均衡放電電阻R 的選取。均衡電路工作時, 能量高的電池會通過放電電阻以熱能的形式釋放掉, 如果此時電阻溫度過高, 可能會造成電路熱失控, 存在安全隱患, 因此, 電阻的值不能過小; 另一方面, 均衡電流直接決定了均衡時間, 如果均衡電流過小, 會使均衡時間過長, 達不到均衡要求, 而均衡電流的大小是由放電電阻決定的, 電阻值越大均衡電流越小, 因此, 電阻值又不能過大。綜上, 電阻值能否適當(dāng)選取是均衡效果的關(guān)鍵。
( 2)均衡電壓閾值( a) 的設(shè)定。電壓閾值的大小直接決定了均衡電路啟動及關(guān)閉的時刻, 若電壓閾值設(shè)的過大, 會導(dǎo)致均衡時間過短, 均衡效果不明顯, 達不到要求, 電壓閾值設(shè)的過小, 則均衡時間過長, 不但白白消耗了能量, 且對電池組各電池有害無益。因此, 需要從電池容量不一致所表現(xiàn)的充放電特征分析, 并結(jié)合混合動力車的應(yīng)用情況來設(shè)置均衡閾值。
( 3)均衡模塊的啟動和關(guān)閉。在初始上電后,MCU 定時檢測電池組各單體電壓, 一旦超過閾值則對需要均衡的單體閉合開關(guān), 進行放電, 其余單體的開關(guān)斷開。之后MCU 會定時判斷單體電壓, 重新判斷是否符合均衡條件。如果單體的電壓一致性回到閾值內(nèi), 則所有均衡回路的開關(guān)管均斷開, 均衡終止。
6 模擬工況測試
為了模擬電池均衡模塊在實際車輛運行時的效果, 采用如下測試工況, 并保持室溫在10℃ ~ 20℃之間。此工況測試分兩個測試程序, 一個是#主放電工況”, 其放電量略多于充電量; 另一個是“主充電工況”, 其充電量略多于放電量, 并確定SOC 波動范圍在30% 至80% 之間。
實驗用電池為錳酸鋰電池( LMi nO4 ) , 實際容量8. 6Ah, 額定電壓3. 6V, 內(nèi)阻3. 7Ω , 12節(jié)串聯(lián)。
均衡前后電池充電曲線如圖3 所示, 均衡前電池充電曲線明顯不一致, 電池組壓差最大值約為200mV, 對應(yīng)的容量差約為20% 。充電時高容量單體將先達到閾值電壓, 使電池的充入容量明顯降低,僅為7Ah, 大大降低了電池的利用率。( b) 圖為經(jīng)過35小時均衡測試后充電曲線圖, 可以看出各單體間基本恢復(fù)一致, 壓差不超過10mV, 充入容量擴大到8. 4Ah。并且經(jīng)過測量, 實驗過程中放電電阻溫度控制在60℃以內(nèi), 不會出現(xiàn)熱失控等安全問題。
由上述實驗可以得到, 此均衡方法可在40小時內(nèi)達到電池SOC 的平衡。并且電路工作穩(wěn)定, 滿足混合動力車輛行駛要求, 可以有效的防止電池不一致性的擴大, 實現(xiàn)了能量的合理配置。
圖3 均衡前后充電曲線對比。
7 結(jié)束語
在均衡模塊的硬件設(shè)計上充分考慮了測量的精確性, 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。在制定均衡策略過程中兼顧了放電電阻的選擇、均衡閾值的選定、均衡的啟動和停止等方面。經(jīng)均衡測試證明此電路工作穩(wěn)定, 可以有效的解決電池不均衡的問題, 提高了整組電池的使用效率, 對混合動力車具有實用性。
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