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            沈陽松下蓄電池組在直流系統中串聯充電均衡電路控制方法


               在目前制造工藝水平及應用條件下,單體電池在長期使用中性能差異是不 可避免的,這是造成電池組壽命下降的最為重要的因素之一。不均衡現象不僅 會使電池包容量變小,甚至還可能會造成嚴重的過充電、過放電等安全隱患。


            2電壓均衡


               沈陽松下蓄電池組的均衡過程實際上是電池荷電態(SOC)的均衡,而電池SOC與電池 電壓的關系曲線和靜態、動態分析可知叫電壓均衡對鉛酸電池或鋰離子電池 的SOC均衡很有效,通過電壓均街可以達到SOC均街的效果,從而提高電池 組的使用壽命。如何經濟可靠的解決串聯電池組電壓均衡的問題,理論上的均衡方法很 多,其中電阻分流均衡方法被認為是目前最經濟最實用的一種方法。而在大容量松下電池組的均衡方法必須還具備損耗小、效率高、安全可靠、易于使用的要 求。目前的鋰離子電池均衡研究領域中,主要的研究成果集中于小容量(lOOAh 以下)的均衡應用中,為研究中大容量(500Ah以上)電池組串聯充電均衡的方 法,本文先研究各種均衡方案的優缺點并做一個對比。


            3均衡電路方法比較


               通過單體沈陽松下蓄電池的并聯分流元件電阻進行充電分流從而實現均衡稱作能量 耗散型,這種電路結構簡單,均衡過程一般在充電過程中完成,對容量低的單體 電池不能補充電量,存在能量浪費和熱管理的問題叫如圖1為通過分流電阻 實現均衡充電功能的電路,這種方式實時檢測各個單體電池電壓,當單體松下蓄電池 電壓達到一定值時,通過開關信號,使均衡模塊開始工作,把單體電池中的充電 電流進行分流從而降低充電電壓。


              非耗能式的均衡方案稱為能量轉移型均衡。能量轉移I型方案采用電感 儲能元件和功率開關管實現能量的轉移。主電路原理圖如圖2所示,圖2中均 衡裝置的基本元件電感L1、快恢復二極管D1及功率開關管S1構成典型的 buck變換器主電路,El~En共n個單體電池組成電池組,圖中均衡裝置并聯 在單體電池Ey上,用于Ey的均衡。松下蓄電池組充電時兩端的電流為il,各個單體 電池處于正常狀態時均衡裝置不工作,各個單體電池流過相同的充電電流il。 如果單體電池Ey由于性能惡化或者其它因素,導致充電后某一時刻開始單體 電池Ey的端電壓明顯高于沈陽松下蓄電池組的平均單體電壓,則均衡裝置開始工作。均 衡裝置工作后,功率開關管S1由控制單元控制開始按一定的占空比D&#174;行斬 波。進入穩態后,在S1開通時,流經S1和電感L1的電流i5線性增加,電感L1 儲能增加,此時流經Ey的充電電流i4不再等于電池組的充電電流il,il被電 感電流i5分流,Ey的充電電流i4比電池組的充電電流il減少i5°上述過程減少了 Ey的充電電流,限制了 Ey充電能量的增長,完成了充電均衡的功能。


                在一個斬波周期中,S1按照占空比D開通一段時間后進入關斷階段,此時 流經L1的電流改變流通路徑通過D1變為電流i3給從單體電池Ex到Ex+m 的共m+1塊單體電池充電,此時i3線性減小,電感儲能線性減少,減少的電感 儲能轉移到m塊單體電池。電流i3通過LL D1和m塊單體電池構成回路, 不影響Ey的充電電流,Ey的充電電流又恢復為il。


               在這種方案中,如圖3左圖當均衡裝置動作時,開關管閉合的情況,假設充 電電流為I,這是由于開關導通,有一部分平均電流值為n x I的電流流經了電 感,因此電池上流過的平均電流為為均衡效率。這個時候對于所有松下電池CE1到CE(m-l),流過的電流均為原充電電流I。如圖3右圖當均衡裝置開關管開通時,CE1其本體上流過的電流即為原充 電電流I,由于電感續流作用,電感瞬時電流為2 x n x I,這使得CE2上本體上 流過的電流值上升,上升為(l+2n)xl,對于一組均衡電池(假設共有m-1塊), 這是最下方的電池(第m-1塊),瞬時流過的電流值為(1+2 xmxn)xlo


            基于以上分析,從安全角度考慮⑷,一般的,充電電流一般為0.3C,考慮瞬 時最大充電電流小于1C,則有:(l+2xmxn)x0.3C


            類似的方案還有基于boost,基于buck-boost的能量轉移型的電路方案, 其分析與此種情況類似,均存在與上面分析類似的問題。還有一種能量轉換II型方案均衡是利用電容作為儲能元件,把鋰離子電池 組中容量高的單體沈陽松下蓄電池,通過儲能元件轉移到容量比較低的電池上。


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