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電動(dòng)汽車動(dòng)力電池均衡方法研究
2022-02-10 20:42:35· 來源：電動(dòng)學(xué)堂 作者：張菲
文章來源：上汽通用五菱汽車股份有限公司1引言電動(dòng)汽車在運(yùn)行過程要依靠大量電池進(jìn)行動(dòng)力支撐，為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力組合電池被稱為動(dòng)力電池，動(dòng)力電池通常是將許
文章來源：上汽通用五菱汽車股份有限公司
1引言
電動(dòng)汽車在運(yùn)行過程要依靠大量電池進(jìn)行動(dòng)力支撐，為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力組合電池被稱為動(dòng)力電池，動(dòng)力電池通常是將許多單獨(dú)電池進(jìn)行組合，經(jīng)過串聯(lián)手法形成的大型電源供應(yīng)裝置，在日常生活中，最為常見的動(dòng)力電池通常是由280個(gè)電壓在1.2V的單獨(dú)氫電池構(gòu)成，其內(nèi)部電量容積為336V。在使用動(dòng)力電池的過程中，由于內(nèi)部組合電池存在差異性，并且對(duì)外界反應(yīng)程度不統(tǒng)一，因此在使用過程隨著使用時(shí)間的增加，會(huì)導(dǎo)致組合電池之間的差異性更加顯著，不能在進(jìn)行高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至還會(huì)對(duì)周圍電池造成損壞。在電量耗光后如果不對(duì)其中性能較差的電池進(jìn)行更換或維修，就會(huì)導(dǎo)致該種電池繼續(xù)存在于動(dòng)力電池中，嚴(yán)重危害整體電池的使用周期，還可能會(huì)在使用過程中內(nèi)部溫度的升高作用下，產(chǎn)生大量的熱能使得電池爆炸，造成安全事故的發(fā)生。因此進(jìn)行均衡方式對(duì)動(dòng)力電池的差異進(jìn)行應(yīng)對(duì)就顯得十分重要。
2均衡方法
在動(dòng)力電池中要探查組合電池的差異，首先要對(duì)電池進(jìn)行荷電狀況的檢查，電池荷電狀況時(shí)電池功能差異的體現(xiàn)，也是進(jìn)行均衡處理最為高效的途徑。但在對(duì)電池的荷電狀況進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，荷電狀況會(huì)隨著周圍環(huán)境的溫度、電池放電速率以及復(fù)合次數(shù)影響，所得出的數(shù)值與實(shí)際存在較大出入。并且要進(jìn)行每一個(gè)動(dòng)力電池的荷電狀況檢測(cè)，工作量較大，進(jìn)行電池檢測(cè)、維修、更換的成本較高，缺乏實(shí)用性。針對(duì)上述情況，應(yīng)當(dāng)引入均衡技術(shù)進(jìn)行動(dòng)力電池檢測(cè)，能夠大幅度優(yōu)化檢測(cè)流程。電池內(nèi)部存在的均衡電壓能夠在一定程度上壓制電池的荷電狀況，使用分類均衡能夠有效提高進(jìn)行電池均衡的效率，并且減少了成本投入。
2.1集中均衡方法
集中均衡就是將動(dòng)力電池內(nèi)部的所有電池的均衡電路設(shè)置在一個(gè)均衡裝置中，其均衡框架示意如下圖1所示。根據(jù)圖中所展示結(jié)構(gòu)，E1、E2、……、En都是存在與同一個(gè)動(dòng)力電池中的組合電池。均衡裝置的關(guān)鍵是位于正中間的DC-DC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)化器是由總體控制裝置、效應(yīng)管道Q以及高壓變頻儀T組成，根據(jù)集中均衡的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化器運(yùn)作，轉(zhuǎn)化器有一個(gè)總輸入接口以及n個(gè)輸出接口。
一般來說，進(jìn)行電動(dòng)汽車的外部?jī)?chǔ)電的外界電源有三種，即充電裝置、能源電池以及驅(qū)動(dòng)監(jiān)控裝置。當(dāng)外界電源通過接口向動(dòng)力電池進(jìn)行電源輸入時(shí)，Us會(huì)增加；當(dāng)動(dòng)力電池運(yùn)行并持續(xù)向外作出電源供應(yīng)時(shí)，Us會(huì)減少。由于該裝置的內(nèi)部電源輸出接口有n個(gè)，因此動(dòng)力電池內(nèi)部存在n個(gè)電池，當(dāng)外接電源向電池進(jìn)行電源輸入時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生兩組輸入電流i，當(dāng)i電流經(jīng)過所有組合電池時(shí)，就可以進(jìn)行均衡判定。當(dāng)組合電池的電壓相互均衡，即Us/n，得出輸出電源不需要進(jìn)行電源輸入；當(dāng)組合電池的電壓不均衡時(shí)，就必須進(jìn)行電流輸入，知道動(dòng)力電池的電壓達(dá)到均衡狀況，就可以實(shí)現(xiàn)均衡控制。
2.2分散均衡方法
分散均衡就是將動(dòng)力電池內(nèi)部的n個(gè)電池的均衡電路設(shè)置在n-1個(gè)均衡裝置中，其分散均衡框架流程如圖2所示，圖中的分散均衡裝置實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具備復(fù)合傳動(dòng)的轉(zhuǎn)化器，根據(jù)組合電池E1與E2之間使用1號(hào)均衡裝置，就能實(shí)現(xiàn)E1與E2相互均衡；在組合電池E2與E3之間使用2號(hào)均衡裝置，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)E1與E3、E2與E3均衡的效果。由此得出，使用兩個(gè)均衡裝置能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)組合電池的相互均衡，得出使用n-1個(gè)均衡裝置就能實(shí)現(xiàn)n個(gè)組合電池的均衡。當(dāng)前采用分散均衡電路主要有兩種，一是非分隔式均衡裝置；二是分隔式均衡裝置。
2.3集中均衡與分散均衡的比較分析
通過上述對(duì)集中均衡以及分散均衡兩種均衡方式的闡述后，可以得出，集中均衡電路能夠在相同規(guī)格的組合電池中發(fā)揮重要作用，但是組合電池的總體數(shù)量不能過多，否會(huì)會(huì)導(dǎo)致單一均衡裝置超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)，容易造成均衡裝置的損壞，均衡檢測(cè)準(zhǔn)確性下降。除此之外，集中均衡方法內(nèi)部所進(jìn)行的電路輸出、輸入較多，但是由于其規(guī)格大致相同，因此對(duì)其進(jìn)行很好把控，再加上均衡裝置以及其他組合電池的體積較小、質(zhì)量較輕，使得運(yùn)行過程中的成本投入較低。最后，集中均衡也存在一定的缺陷，就是轉(zhuǎn)化裝置是由總體控制裝置、效應(yīng)管道Q以及高壓變頻儀T組成，如果任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)設(shè)備損壞，就要求必須進(jìn)行全盤更換，導(dǎo)致均衡裝置的維修、更換成本增加。
在分散均衡中，該種方式更加契合不同規(guī)格的組合電池，并且能夠在面對(duì)大量組合電池時(shí)產(chǎn)生適應(yīng)性，適合大規(guī)模作業(yè)。此外，分散均衡與集中均衡在線束的數(shù)量限制方面大為不同，分散均衡裝置能夠大幅度減少線束的數(shù)量。除此之外，分散均衡也存在嚴(yán)重的缺陷，由于該裝置在運(yùn)行過程中組合電池單位之間的均衡裝置只能測(cè)量一組電池，并且要在每一組電池上記性微型監(jiān)控桿裝置的安裝，導(dǎo)致整體分散均衡裝置的造價(jià)成本過高。但是，該種均衡裝置的體型較大，質(zhì)量重。且如果均衡裝置出現(xiàn)損壞或者異常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，只需對(duì)損壞的均衡裝置進(jìn)行維修，維修成本較低。
3均衡力度研究
3.1均衡力度
均衡裝置是一種能夠?qū)M合電池進(jìn)行單向或者雙向作用的電源，能夠?qū)﹄姵匦阅艿牟町惼鸬轿⑿〉恼{(diào)度。當(dāng)組合電池的電壓大于均衡值時(shí)，就不能進(jìn)行輸電作用，必須使用均衡裝置進(jìn)行荷電狀況的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)降低電壓的目的。此外，均衡裝置所承受的電源量越大，就會(huì)在傳輸過程中的電源輸出較大，但是會(huì)大大提升該均衡裝置的成本支出。根據(jù)當(dāng)前我國對(duì)于均衡裝置的電流評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)來看，組合電池的電流應(yīng)當(dāng)是動(dòng)力電池的0.05倍或者0.1倍，在此區(qū)間內(nèi)是比較合適的。
3.2均衡結(jié)果
組合電池的內(nèi)部差異會(huì)影響電動(dòng)汽車的運(yùn)行效率與安全性，因此為了減少電池荷電狀況的異常，采用均衡裝置將組合電池進(jìn)行連接，改善電池的性能，增長(zhǎng)電池的使用周期。例如對(duì)28組12Ah、336V的鎳氫組合電池進(jìn)行電源輸出，經(jīng)過測(cè)量和得出電壓差異值低于0.05V。此外，將該組合電池的電壓降低到電池荷電狀況的10%，將此范圍內(nèi)的所有組合電池進(jìn)行對(duì)比，就可以得出組合電池的均衡前后電壓差異指數(shù)為50mA，說明均衡效果顯著。再者，組合電池的均衡前電壓小于均衡后的電壓，并且動(dòng)力電池的容量上升49Ahs，同比增加16%。得出如果上述組合電池不進(jìn)行均衡處理，就會(huì)導(dǎo)致電池差異性越發(fā)嚴(yán)重，使得動(dòng)力電池的輸出功率大大降低。
4結(jié)語
本文就當(dāng)前電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的均衡中存在的問題進(jìn)行闡述，并使用上述均衡方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將12Ah、336V的鎳氫組合電池采用集中均衡與分散均衡的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)結(jié)果所得的電壓差異都小于0.05V，符合均衡檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。從另一方面說明采用均衡方式解決組合電池之間額不平衡差異是十分有效的。但是如果在進(jìn)行解決的過程中，由于組合電池的數(shù)目較大，導(dǎo)致動(dòng)力電池的內(nèi)部差異過大，此時(shí)應(yīng)當(dāng)將組合電池的規(guī)格、體積、質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一，加設(shè)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)，及時(shí)尋找出其中存在問題的組合電池，能夠在一定程度彌補(bǔ)均衡方式的不足之處。
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