電動(dòng)汽車電池均衡控制技術(shù)研究

曲海勇

（鄭州交通技師學(xué)院，河南 鄭州 450016）

1 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池

目前技術(shù)最為成熟的電池類型是鉛酸電池，具有倍率放電性能和耐過沖能力較好，以及性能可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但與此同時(shí)也具有重金屬鉛對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的最大的問題，此外還有一個(gè)問題影響了鉛酸電池在純電動(dòng)汽車上的應(yīng)用就是較低的質(zhì)量比能量和體積比能量。鎳氫電池在混合動(dòng)力汽車上應(yīng)用較為廣泛，因其能量密度和功率密度較高且具有出色的耐過充和過放能力，安全可靠。但是鎳氫電池在溫度較高時(shí)充放電效率很低，此外，成本及對(duì)加工、封裝工藝要求也較高，因此鎳氫電池不適合用于純電動(dòng)汽車。在理論上最合適的動(dòng)力電池應(yīng)該是燃料電池，使電動(dòng)汽車不受續(xù)駛里程的限制，本質(zhì)更像一種產(chǎn)能裝置，并且?guī)缀跏橇阄廴镜摹５怯捎谄溥€存在系統(tǒng)效率低、原料儲(chǔ)備困難、成本高等問題，因此使燃料電池離全面推廣還有一段距離?，F(xiàn)在電動(dòng)汽車普遍選用鋰離子電池作為車用動(dòng)力電池，這是因?yàn)榕c其它類型電池相比，鋰離子電池具有一些突出的優(yōu)點(diǎn)，即安全性能好、自放電小、比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)和快速充電等。

2 電池均衡技術(shù)研究

均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究與均衡策略研究這兩個(gè)方面是均衡技術(shù)主要集中研究的。均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是最佳的電路結(jié)構(gòu)，著重研究為實(shí)現(xiàn)均衡技術(shù)，在保證均衡效率的情況下盡最大可能的降低成本簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。而均衡策略則為了建立出不一致性評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過尋找合適的均衡變量，然后針對(duì)該均衡變量與一定的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的方式進(jìn)行，并尋找合適的均衡路徑以某種均衡電路為根據(jù)，并最終確立最佳均衡閉值。

（1）均衡策略研究。選擇合適的均衡變量是均衡策略研究的基礎(chǔ)，有國(guó)內(nèi)外學(xué)者為謀求充放電過程中工作電壓保持一致，以工作電壓作為充放電截止的條件和均衡變量，這是以電池管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)才能進(jìn)行的。為避免荷電狀態(tài)（SOC）估算問題可以將工作電壓作為均衡變量，這樣能夠簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量，對(duì)嵌入式系統(tǒng)資源的要求較低，但工作電壓易受到電池內(nèi)部的多種因素影響，故電池組容量狀態(tài)的一致性并不能真實(shí)反映出來，均衡效果不是很穩(wěn)定，很容易受到影響。總體來說，目前研究的熱點(diǎn)是以SOC作為均衡變量，這種方法主要依賴 SOC的在線估算精度。因此均衡系統(tǒng)以電壓作為均衡變量大多在實(shí)際中應(yīng)用，以此為基礎(chǔ)采取一定的策略，來反映SOC的一致性以單體電壓某種關(guān)系相對(duì)而言是比較可行的一種方法。

（2）均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究。均衡電路可以分為兩種，包括能量耗散式均衡和能量非耗散式均衡（即無損均衡），這是根據(jù)處理所傳遞的能量的方式來劃分的，國(guó)外有些文獻(xiàn)又將之分別稱為被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡。能量耗散式均衡在應(yīng)用時(shí)會(huì)有部分能量被損耗掉，主要通過電池組中能量較高的電池，通過其旁路電阻進(jìn)行放電來損耗的，這樣來達(dá)到電池組能量一致的狀態(tài)。這種均衡結(jié)構(gòu)適用于能夠及時(shí)補(bǔ)充能量的系統(tǒng)以及電池容量小的系統(tǒng)。與之相比，目前己經(jīng)研究出了很多種能量非耗散式均衡電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一般有三種類型即變換器型、變壓器型以及電容型。

3 建立電池模型

建立電池模型，有利于計(jì)算以及分析電路模擬，以及能夠反應(yīng)出真實(shí)電池的狀況。電池建模所參考電池工作電流、端電壓、電動(dòng)勢(shì)、SOC、內(nèi)阻以及溫度等外部變量，對(duì)于電池管理系統(tǒng)的開發(fā)來說找出參數(shù)變量之間的聯(lián)系具有重要的意義。

電池管理系統(tǒng)對(duì)于動(dòng)力電池建模有一些要求：①經(jīng)過特性測(cè)試來充分了解電池的特性，這需要在建立電池模型之前進(jìn)行；于不應(yīng)該選擇模型階數(shù)太高的電池，應(yīng)該將電池的動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)出來。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的模型的代價(jià)比簡(jiǎn)單的高，對(duì)于電動(dòng)汽車上實(shí)時(shí)運(yùn)行的嵌入式系統(tǒng)并不適用，所以電池模型并非越復(fù)雜越好；③不能太過強(qiáng)調(diào)模型的形式，必須能夠確定參數(shù)數(shù)值的大小，并且相應(yīng)地給出一套參數(shù)估計(jì)法來適合該模型。與用簡(jiǎn)單的電池模型做電路模擬相比，使用能真實(shí)呈現(xiàn)電池特性且完整的、實(shí)用化的蓄電池模型，可以對(duì)蓄電池的特性進(jìn)行實(shí)時(shí)有效地管理，并且可以看出真正的問題所在。到目前為止，被人們經(jīng)常采用的電池模型的類型主要包括：戴維寧等效模型、線性模型、等效電容模型、理想模型、Pspice宏觀模型。由于其各自模型特性不同，都具有各自的計(jì)算方法。

4 結(jié)語

近年來各大高校和汽車公司對(duì)電動(dòng)汽車研究的首要選題就是均衡控制技術(shù)，文章做出了綜合性的分析對(duì)電池均衡控制研究現(xiàn)狀以及車用電池發(fā)展現(xiàn)狀。以及對(duì)電池均衡控制技術(shù)做了一些簡(jiǎn)單的介紹，在國(guó)內(nèi)外均衡控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，使大家掌握一定電池均衡控制知識(shí)，同時(shí)也了解到了電池均衡控制技術(shù)的基本現(xiàn)狀。

［1］ 宋永華，陽岳希，胡澤春.電動(dòng)汽車電池的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（4）：1-7.

［2］ 郭向偉.電動(dòng)汽車電池荷電狀態(tài)估計(jì)及均衡技術(shù)研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2016.