一種新能源汽車電池管理系統(tǒng)主動(dòng)均衡方案

　　摘要：本文介紹了一種基于英飛凌16位單片機(jī)和8位單片機(jī)的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的主動(dòng)均衡方案。通過變壓器來轉(zhuǎn)移能量，使得各電池之間電量始終保持均衡，避免過充電或過放電的狀況發(fā)生，可以大大提高電池的壽命和使用效率。

　　背景介紹

　　隨著環(huán)保節(jié)能愈加受到重視，新能源汽車成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而蓄電池則是制約新能源汽車推廣及產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)很重要的因素。為了提高蓄電池的使用壽命，各大廠商提出了很多不同的解決方案，電池管理系統(tǒng)就是其中的一種，因?yàn)槠淠軌虼蠓岣咴须姵匦阅芏玫搅藦V泛的研究。

　　經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，如果電池長(zhǎng)期工作在過充電或者過放電的情況下，會(huì)對(duì)電池造成較大的影響，會(huì)導(dǎo)致電池的容量下降。隨著電池使用次數(shù)增加，其容量也會(huì)隨之變小。而且，容量變化的程度不一，即使是同一品牌的電池使用相同的時(shí)間后，其容量變化情況也不盡相同。由于電動(dòng)汽車需要多個(gè)電池串聯(lián)起來組成電池包來供電，一般來說，若干個(gè)電池組成一個(gè)電池模塊，若干個(gè)電池模塊再串聯(lián)起來組成電池包。在使用一段時(shí)間后，每個(gè)電池的容量會(huì)有不同程度的下降，這樣，便造成了電池模塊內(nèi)部以及電池模塊間的不均衡狀態(tài)。電池包的整體容量受到單個(gè)“短板”電池的限制，利用率被大大減小。新能源汽車每次充電的里程數(shù)也會(huì)大大縮短。正是在這樣的背景下，電池管理系統(tǒng)和電池的均衡方案被提出。

　　電池管理系統(tǒng)可以對(duì)單個(gè)電池的工作狀況進(jìn)行檢測(cè)，包括電池電壓、工作電流及環(huán)境溫度。同時(shí)，利用電池電量均衡策略，可以消除電池間電量的差異，提高電池的使用率，避免由于電池過充或過放而引起的危及電池壽命和行車安全的情況出現(xiàn)。

　　方案介紹

　　目前電池管理系統(tǒng)的方案主要分為被動(dòng)均衡方案和主動(dòng)均衡方案兩大類，都是為了解決電池模塊內(nèi)部不均衡問題提出的。所謂被動(dòng)均衡方案，是指使用電阻等被動(dòng)消耗電池多余能量的方式來實(shí)現(xiàn)電池間的均衡。與被動(dòng)均衡不同，主動(dòng)均衡采用了進(jìn)行了能量的轉(zhuǎn)移的策略，即將電量最多的電池的電量轉(zhuǎn)移到其它電池，或者是將其它電池的電量轉(zhuǎn)移給電量最少的電池。與被動(dòng)均衡方案相比，主動(dòng)均衡方案的電池能量利用率更高，所以本文將介紹主動(dòng)均衡方案。

　　圖1表示的則是一種利用反激式變壓器來對(duì)電池多余能量進(jìn)行儲(chǔ)藏和轉(zhuǎn)換的主動(dòng)均衡方案。如圖所示，變壓器的初級(jí)線圈連接整個(gè)電池模塊，次級(jí)線圈與單個(gè)電池連接。初級(jí)線圈和次級(jí)線圈都各自有開關(guān)控制是否與電池形成回路?！　?/p>

 

　　在電壓掃描模式下，依次閉合與各電池相連的次級(jí)線圈很短時(shí)間，然后斷開，可以將對(duì)應(yīng)電池的電壓傳遞至所有線圈。在初級(jí)線圈進(jìn)行采樣并得到各電池的電壓值后，計(jì)算其平均值，可以比較得出電壓值與平均值相差最多的那個(gè)電池。如果該電池的電壓高于平均值，則需要將其電量轉(zhuǎn)移到整個(gè)電池組中。如圖2中所示，假設(shè)第5節(jié)電池為電量最多的電池，則先閉合第5節(jié)電池的次級(jí)線圈，使電流流過該次級(jí)線圈，由于自感的存在，電池中轉(zhuǎn)移出的能量在線圈中以磁場(chǎng)的形式得到存儲(chǔ)。儲(chǔ)能完成之后，再斷開次級(jí)線圈;在次級(jí)線圈的開關(guān)斷開的同時(shí)，必須閉合初級(jí)線圈開關(guān)。此時(shí)，變壓器就從儲(chǔ)能模式進(jìn)入了能量輸出模式。能量通過初級(jí)線圈輸入整個(gè)電池模塊中，這種方式也被稱為“頂部均衡”。反之，如果偏差最大的電池電壓小于平均值，那么則需要把其他電池的電量轉(zhuǎn)移到這一節(jié)電池中來。如圖3所示，假設(shè)第2節(jié)電池的電量最低，那么先閉合初級(jí)線圈開關(guān)，讓整個(gè)電池組開始對(duì)變壓器初級(jí)線圈充電;充電完成之后，再斷開初級(jí)線圈;在初級(jí)線圈開關(guān)斷開的同時(shí)，閉合相應(yīng)的次級(jí)線圈開關(guān)，讓初級(jí)線圈中的能量轉(zhuǎn)移到低電量的電池中。這種方式也被稱為“底部均衡”。