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电动汽车动力电池均衡方法研究

2022-02-10 20:42:35·  来源：电动学堂  作者：张菲  
　
文章来源：上汽通用五菱汽车股份有限公司1引言电动汽车在运行过程要依靠大量电池进行动力支撑，为电动汽车提供动力组合电池被称为动力电池，动力电池通常是将许
文章来源：上汽通用五菱汽车股份有限公司
1引言
电动汽车在运行过程要依靠大量电池进行动力支撑，为电动汽车提供动力组合电池被称为动力电池，动力电池通常是将许多单独电池进行组合，经过串联手法形成的大型电源供应装置，在日常生活中，最为常见的动力电池通常是由280个电压在1.2V的单独氢电池构成，其内部电量容积为336V。在使用动力电池的过程中，由于内部组合电池存在差异性，并且对外界反应程度不统一，因此在使用过程随着使用时间的增加，会导致组合电池之间的差异性更加显著，不能在进行高效的运转，甚至还会对周围电池造成损坏。在电量耗光后如果不对其中性能较差的电池进行更换或维修，就会导致该种电池继续存在于动力电池中，严重危害整体电池的使用周期，还可能会在使用过程中内部温度的升高作用下，产生大量的热能使得电池爆炸，造成安全事故的发生。因此进行均衡方式对动力电池的差异进行应对就显得十分重要。
2均衡方法
在动力电池中要探查组合电池的差异，首先要对电池进行荷电状况的检查，电池荷电状况时电池功能差异的体现，也是进行均衡处理最为高效的途径。但在对电池的荷电状况进行检测时，荷电状况会随着周围环境的温度、电池放电速率以及复合次数影响，所得出的数值与实际存在较大出入。并且要进行每一个动力电池的荷电状况检测，工作量较大，进行电池检测、维修、更换的成本较高，缺乏实用性。针对上述情况，应当引入均衡技术进行动力电池检测，能够大幅度优化检测流程。电池内部存在的均衡电压能够在一定程度上压制电池的荷电状况，使用分类均衡能够有效提高进行电池均衡的效率，并且减少了成本投入。
2.1集中均衡方法
集中均衡就是将动力电池内部的所有电池的均衡电路设置在一个均衡装置中，其均衡框架示意如下图1所示。根据图中所展示结构，E1、E2、……、En都是存在与同一个动力电池中的组合电池。均衡装置的关键是位于正中间的DC-DC转换器，该转化器是由总体控制装置、效应管道Q以及高压变频仪T组成，根据集中均衡的方式进行转化器运作，转化器有一个总输入接口以及n个输出接口。
一般来说，进行电动汽车的外部储电的外界电源有三种，即充电装置、能源电池以及驱动监控装置。当外界电源通过接口向动力电池进行电源输入时，Us会增加；当动力电池运行并持续向外作出电源供应时，Us会减少。由于该装置的内部电源输出接口有n个，因此动力电池内部存在n个电池，当外接电源向电池进行电源输入时，就会产生两组输入电流i，当i电流经过所有组合电池时，就可以进行均衡判定。当组合电池的电压相互均衡，即Us/n，得出输出电源不需要进行电源输入；当组合电池的电压不均衡时，就必须进行电流输入，知道动力电池的电压达到均衡状况，就可以实现均衡控制。
2.2分散均衡方法
分散均衡就是将动力电池内部的n个电池的均衡电路设置在n-1个均衡装置中，其分散均衡框架流程如图2所示，图中的分散均衡装置实质上是一个具备复合传动的转化器，根据组合电池E1与E2之间使用1号均衡装置，就能实现E1与E2相互均衡；在组合电池E2与E3之间使用2号均衡装置，能够同时实现E1与E3、E2与E3均衡的效果。由此得出，使用两个均衡装置能够实现三个组合电池的相互均衡，得出使用n-1个均衡装置就能实现n个组合电池的均衡。当前采用分散均衡电路主要有两种，一是非分隔式均衡装置；二是分隔式均衡装置。
2.3集中均衡与分散均衡的比较分析
通过上述对集中均衡以及分散均衡两种均衡方式的阐述后，可以得出，集中均衡电路能够在相同规格的组合电池中发挥重要作用，但是组合电池的总体数量不能过多，否会会导致单一均衡装置超负荷运转作业，容易造成均衡装置的损坏，均衡检测准确性下降。除此之外，集中均衡方法内部所进行的电路输出、输入较多，但是由于其规格大致相同，因此对其进行很好把控，再加上均衡装置以及其他组合电池的体积较小、质量较轻，使得运行过程中的成本投入较低。最后，集中均衡也存在一定的缺陷，就是转化装置是由总体控制装置、效应管道Q以及高压变频仪T组成，如果任意环节出现设备损坏，就要求必须进行全盘更换，导致均衡装置的维修、更换成本增加。
在分散均衡中，该种方式更加契合不同规格的组合电池，并且能够在面对大量组合电池时产生适应性，适合大规模作业。此外，分散均衡与集中均衡在线束的数量限制方面大为不同，分散均衡装置能够大幅度减少线束的数量。除此之外，分散均衡也存在严重的缺陷，由于该装置在运行过程中组合电池单位之间的均衡装置只能测量一组电池，并且要在每一组电池上记性微型监控杆装置的安装，导致整体分散均衡装置的造价成本过高。但是，该种均衡装置的体型较大，质量重。且如果均衡装置出现损坏或者异常运转时，只需对损坏的均衡装置进行维修，维修成本较低。
3均衡力度研究
3.1均衡力度
均衡装置是一种能够对组合电池进行单向或者双向作用的电源，能够对电池性能的差异起到微小的调度。当组合电池的电压大于均衡值时，就不能进行输电作用，必须使用均衡装置进行荷电状况的检测，实现降低电压的目的。此外，均衡装置所承受的电源量越大，就会在传输过程中的电源输出较大，但是会大大提升该均衡装置的成本支出。根据当前我国对于均衡装置的电流评定标准来看，组合电池的电流应当是动力电池的0.05倍或者0.1倍，在此区间内是比较合适的。
3.2均衡结果
组合电池的内部差异会影响电动汽车的运行效率与安全性，因此为了减少电池荷电状况的异常，采用均衡装置将组合电池进行连接，改善电池的性能，增长电池的使用周期。例如对28组12Ah、336V的镍氢组合电池进行电源输出，经过测量和得出电压差异值低于0.05V。此外，将该组合电池的电压降低到电池荷电状况的10%，将此范围内的所有组合电池进行对比，就可以得出组合电池的均衡前后电压差异指数为50mA，说明均衡效果显著。再者，组合电池的均衡前电压小于均衡后的电压，并且动力电池的容量上升49Ahs，同比增加16%。得出如果上述组合电池不进行均衡处理，就会导致电池差异性越发严重，使得动力电池的输出功率大大降低。
4结语
本文就当前电动汽车动力电池的均衡中存在的问题进行阐述，并使用上述均衡方式进行实验，将12Ah、336V的镍氢组合电池采用集中均衡与分散均衡的方法进行实验，根据结果所得的电压差异都小于0.05V，符合均衡检测的标准。从另一方面说明采用均衡方式解决组合电池之间额不平衡差异是十分有效的。但是如果在进行解决的过程中，由于组合电池的数目较大，导致动力电池的内部差异过大，此时应当将组合电池的规格、体积、质量进行统一，加设检测节点，及时寻找出其中存在问题的组合电池，能够在一定程度弥补均衡方式的不足之处。
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