电动汽车电池均衡控制技术研究

2018-02-01曲海勇

时代农机 2018年3期

曲海勇

（郑州交通技师学院，河南郑州 450016）

1 电动汽车动力电池

目前技术最为成熟的电池类型是铅酸电池，具有倍率放电性能和耐过冲能力较好，以及性能可靠、成本低等优点。但与此同时也具有重金属铅对环境污染严重的最大的问题，此外还有一个问题影响了铅酸电池在纯电动汽车上的应用就是较低的质量比能量和体积比能量。镍氢电池在混合动力汽车上应用较为广泛，因其能量密度和功率密度较高且具有出色的耐过充和过放能力，安全可靠。但是镍氢电池在温度较高时充放电效率很低，此外，成本及对加工、封装工艺要求也较高，因此镍氢电池不适合用于纯电动汽车。在理论上最合适的动力电池应该是燃料电池，使电动汽车不受续驶里程的限制，本质更像一种产能装置，并且几乎是零污染的。但是由于其还存在系统效率低、原料储备困难、成本高等问题，因此使燃料电池离全面推广还有一段距离。现在电动汽车普遍选用锂离子电池作为车用动力电池，这是因为与其它类型电池相比，锂离子电池具有一些突出的优点，即安全性能好、自放电小、比能量大、循环寿命长和快速充电等。

2 电池均衡技术研究

均衡电路拓扑结构研究与均衡策略研究这两个方面是均衡技术主要集中研究的。均衡电路拓扑结构是最佳的电路结构，着重研究为实现均衡技术，在保证均衡效率的情况下尽最大可能的降低成本简化结构。而均衡策略则为了建立出不一致性评价指标，通过寻找合适的均衡变量，然后针对该均衡变量与一定的统计学方法相结合的方式进行，并寻找合适的均衡路径以某种均衡电路为根据，并最终确立最佳均衡闭值。

（1）均衡策略研究。选择合适的均衡变量是均衡策略研究的基础，有国内外学者为谋求充放电过程中工作电压保持一致，以工作电压作为充放电截止的条件和均衡变量，这是以电池管理系统为基础才能进行的。为避免荷电状态（SOC）估算问题可以将工作电压作为均衡变量，这样能够简单实现电压测量，对嵌入式系统资源的要求较低，但工作电压易受到电池内部的多种因素影响，故电池组容量状态的一致性并不能真实反映出来，均衡效果不是很稳定，很容易受到影响。总体来说，目前研究的热点是以SOC作为均衡变量，这种方法主要依赖 SOC的在线估算精度。因此均衡系统以电压作为均衡变量大多在实际中应用，以此为基础采取一定的策略，来反映SOC的一致性以单体电压某种关系相对而言是比较可行的一种方法。

（2）均衡电路拓扑结构研究。均衡电路可以分为两种，包括能量耗散式均衡和能量非耗散式均衡（即无损均衡），这是根据处理所传递的能量的方式来划分的，国外有些文献又将之分别称为被动均衡和主动均衡。能量耗散式均衡在应用时会有部分能量被损耗掉，主要通过电池组中能量较高的电池，通过其旁路电阻进行放电来损耗的，这样来达到电池组能量一致的状态。这种均衡结构适用于能够及时补充能量的系统以及电池容量小的系统。与之相比，目前己经研究出了很多种能量非耗散式均衡电路的拓扑结构，一般有三种类型即变换器型、变压器型以及电容型。

3 建立电池模型

建立电池模型，有利于计算以及分析电路模拟，以及能够反应出真实电池的状况。电池建模所参考电池工作电流、端电压、电动势、SOC、内阻以及温度等外部变量，对于电池管理系统的开发来说找出参数变量之间的联系具有重要的意义。

电池管理系统对于动力电池建模有一些要求：①经过特性测试来充分了解电池的特性，这需要在建立电池模型之前进行；于不应该选择模型阶数太高的电池，应该将电池的动态特性表现出来。实现复杂的模型的代价比简单的高，对于电动汽车上实时运行的嵌入式系统并不适用，所以电池模型并非越复杂越好；③不能太过强调模型的形式，必须能够确定参数数值的大小，并且相应地给出一套参数估计法来适合该模型。与用简单的电池模型做电路模拟相比，使用能真实呈现电池特性且完整的、实用化的蓄电池模型，可以对蓄电池的特性进行实时有效地管理，并且可以看出真正的问题所在。到目前为止，被人们经常采用的电池模型的类型主要包括：戴维宁等效模型、线性模型、等效电容模型、理想模型、Pspice宏观模型。由于其各自模型特性不同，都具有各自的计算方法。