电动汽车动力电池热管理系统主动均衡技术研究

秦咏梅 胡鸿飞 周定武

摘 要：电动汽车动力电池面临着续航里程衰减的问题，而主动均衡通过把能量从最高单体转移到最低单体，改善单体不一致性带来的容量损失，利用主动均衡可以改善单体一致性、延长电池寿命;降低电池全生命周期的成本降低对热管理设计的要求;可以解决现有里程衰减车辆的问题。

关键词：动力电池;主动均衡

1 研究背景

电池均衡主要包括两类：一类是有损均衡，另一类是无损均衡。有损均衡是最早出现的均衡，实现起来比较容易，使用时将其并联在需要进行均衡的电池两端，当电池电压因充电上升到某一设定值时，启动开关管接通放电电阻，将多余电量以热能的形式损耗掉，存在一定的不安全因素，不利于节能和环保，不适合大功率电池组使用，并且只适用于充电均衡。无损均衡是近年来发展迅速地一种电池均衡，主要原理是将高电压电池的一部分电量通过转换装置回送到电池电路或直接转送到低电压电池中，用到的储能元件主要为电容或电感，通过电容或电感的反复充放电实现电池组内各电池电压的基本平衡，见图1。

电池管理系统的能量管理方式有很多，分类也比较多，但其中一个关键技术就是均衡技术。它可以分被动耗能和主动不耗能两种。主动均衡的优点是效率高、能量损失小且电池残容量平均;缺点是成本高、电路设计复杂。如图2所示的并联电阻均衡拓扑是最简单典型的被动式均衡方式。

2 电池管理均衡结构设计

均衡主电路是一种能够实现双向软开关的激变换器。如图像3所示的集中式均衡结构。它的特点在于，单体电池增加通过增加开关阵列中开关的数量，从而达到控制的目的。它的优点是有效的控制系统体积，降低了经济成本。而且可以通过选用有源钳位双向反激变换器作为均衡主电路，提高了效率，降低了能耗。

3 系统设计流程图

电动汽车电池管理能量管理，是汽车站技术中的核心。其主动均衡技术需要进行优化设计以及流程化，使电池组的工作状态能够完美的在充电与放电状态之间切换。本设计的均衡控制流程如图4所示。

4 结论

电动汽车电池管理是电动汽车的核心，能够充分利用电池能力，提高充放电效率，通过本文的均衡控制系统的主电路和控制流程，能量能够在任意一个单体电池与电池组之间进行双向流动，同时分析了此种拓扑的工作原理，设计和制定了一个完整的主动式均衡系统流程，能够帮助整个系统提高主动均衡的速度与效率。随着我国电池技术水平的提高，电池质量日益提升，电池不均衡现象会在一定程度上得以改善。但是，如上所述，导致电池不均衡的原因是温度差异造成的，并非电池本身可以解决的问题，是电池系统应该综合考虑的问题。

基金课题：2019年湖南省职业教育教学改革研究项目“基于诊断与改进的PDCA循环混合式教学模式研究与实践”（编号：ZJGB2019309）;

参考文献：

[1]罗双.动力锂电池组主动均衡技术研究[D].安徽理工大学，2019.

[2]王则沣. 基于电感的电池组分层主动均衡技术研究与开发[D].华南理工大学，2019.

[3]叶凌云，朱幸，黄添添，朱智娟，宋开臣.变压器分立的动力电池组主动均衡技术研究[J].仪器仪表学报，2018，39（07）：83-91.

[4]李利，王建勋，许勇科，李明科.基于DOCSIS预均衡技术主动式故障维护系统的试点和验证[J].有线电视技术，2018，25（06）：43-47.

[5]张旭升.基于DC/DC變换器的电池组主动双向均衡技术研究[J].电测与仪表，2017，54（16）：117-122.

[6]李世泽，高素萍.锂电池能量控制主动均衡技术的研究[J].深圳职业技术学院学报，2017，16（03）：13-17.

[7]何佳健，南银姬，卢楚辉.关于主动均衡技术的纯电动汽车电池管理系统研究[J].山东工业技术，2017（05）：151.

[8]宋金龙.主动均衡技术的系统设计及应用效果研究[J].科技创新与应用，2017（05）：49.

[9]杜三元，孟丽囡，李根华.电动汽车中锂电池组双向主动均衡技术的研究[J].电子技术与软件工程，2015（17）：108.