電動汽車動力電池熱管理系統主動均衡技術研究

秦詠梅 胡鴻飛 周定武

摘 要：電動汽車動力電池面臨著續航里程衰減的問題，而主動均衡通過把能量從最高單體轉移到最低單體，改善單體不一致性帶來的容量損失，利用主動均衡可以改善單體一致性、延長電池壽命;降低電池全生命周期的成本降低對熱管理設計的要求;可以解決現有里程衰減車輛的問題。

關鍵詞：動力電池;主動均衡

1 研究背景

電池均衡主要包括兩類：一類是有損均衡，另一類是無損均衡。有損均衡是最早出現的均衡，實現起來比較容易，使用時將其并聯在需要進行均衡的電池兩端，當電池電壓因充電上升到某一設定值時，啟動開關管接通放電電阻，將多余電量以熱能的形式損耗掉，存在一定的不安全因素，不利于節能和環保，不適合大功率電池組使用，并且只適用于充電均衡。無損均衡是近年來發展迅速地一種電池均衡，主要原理是將高電壓電池的一部分電量通過轉換裝置回送到電池電路或直接轉送到低電壓電池中，用到的儲能元件主要為電容或電感，通過電容或電感的反復充放電實現電池組內各電池電壓的基本平衡，見圖1。

電池管理系統的能量管理方式有很多，分類也比較多，但其中一個關鍵技術就是均衡技術。它可以分被動耗能和主動不耗能兩種。主動均衡的優點是效率高、能量損失小且電池殘容量平均;缺點是成本高、電路設計復雜。如圖2所示的并聯電阻均衡拓撲是最簡單典型的被動式均衡方式。

2 電池管理均衡結構設計

均衡主電路是一種能夠實現雙向軟開關的激變換器。如圖像3所示的集中式均衡結構。它的特點在于，單體電池增加通過增加開關陣列中開關的數量，從而達到控制的目的。它的優點是有效的控制系統體積，降低了經濟成本。而且可以通過選用有源鉗位雙向反激變換器作為均衡主電路，提高了效率，降低了能耗。

3 系統設計流程圖

電動汽車電池管理能量管理，是汽車站技術中的核心。其主動均衡技術需要進行優化設計以及流程化，使電池組的工作狀態能夠完美的在充電與放電狀態之間切換。本設計的均衡控制流程如圖4所示。

4 結論

電動汽車電池管理是電動汽車的核心，能夠充分利用電池能力，提高充放電效率，通過本文的均衡控制系統的主電路和控制流程，能量能夠在任意一個單體電池與電池組之間進行雙向流動，同時分析了此種拓撲的工作原理，設計和制定了一個完整的主動式均衡系統流程，能夠幫助整個系統提高主動均衡的速度與效率。隨著我國電池技術水平的提高，電池質量日益提升，電池不均衡現象會在一定程度上得以改善。但是，如上所述，導致電池不均衡的原因是溫度差異造成的，并非電池本身可以解決的問題，是電池系統應該綜合考慮的問題。

基金課題：2019年湖南省職業教育教學改革研究項目“基于診斷與改進的PDCA循環混合式教學模式研究與實踐”（編號：ZJGB2019309）;

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