圖3 電池放電脈沖
當(dāng)電池1被判斷為弱電池并采取“補(bǔ)償弱電池”均衡方法時(shí)，MOS管M1和Q2的脈沖信號(hào)情況如圖4所示。

圖4 電池充電脈沖

2 均衡策略設(shè)計(jì)
如圖5給出的控制策略的整體流程圖，控制策略接收狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊信息流中傳來(lái)的電池性能參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，控制策略模塊以此為據(jù)判定電池組的性能情況，若判定需要進(jìn)行均衡則給出均衡指令對(duì)電池組進(jìn)行調(diào)控，直到電池組性能情況達(dá)到系統(tǒng)要求為止。因此，控制策略的功能在于兩部分：第一，合理評(píng)價(jià)電池組的健康狀態(tài)；第二，做出正確均衡指令。下面，將從如何實(shí)現(xiàn)這兩部分功能介紹控制策略的整體設(shè)計(jì)。

圖5 均衡系統(tǒng)整體工作流程圖
控制策略制定的目標(biāo)在于提供給信號(hào)執(zhí)行模塊具體的執(zhí)行指令，以改變均衡電路運(yùn)行方式，從而改善電池組的不一致性。而由于電池所處的狀態(tài)不同，所選取的能代表單體電池均衡變量不同，并且均衡后應(yīng)達(dá)到的狀態(tài)需求也不同，故而，應(yīng)針對(duì)電池組所處的三種不同的狀態(tài)制定不同的均衡指令。

2.1 充電狀態(tài)
電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，若某一節(jié)單體電池達(dá)到充電截止電壓，則無(wú)論其它單體電池的容量如何，整個(gè)電池組都將會(huì)中斷。因此，充電狀態(tài)時(shí)電池組充電時(shí)間的長(zhǎng)短及電池組的整體容量將由電池組中強(qiáng)電池決定。故充電狀態(tài)時(shí)，均衡指令制定的目標(biāo)在于控制強(qiáng)電池的充電電壓與剩余容量，即需要采取“削弱強(qiáng)電池”的均衡方法。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將充電電壓Uin作為電池組充電狀態(tài)時(shí)的均衡變量，因此，充電狀態(tài)時(shí)均衡指令的制定也將基于各單體電池的充電電壓，均衡的起止決定于組內(nèi)各單體充電電壓的極差值rset。

根據(jù)5的流程圖，均衡策略模塊首先接收來(lái)自狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊信息流中各電池的充電電壓值V1、V2…Vn（n為樣本容量，即電池組內(nèi)的電池?cái)?shù)量），計(jì)算其極差值r，當(dāng)極差值超過所設(shè)定的界限值時(shí)，即r＞rset時(shí)開始“削弱強(qiáng)電池”均衡方法的指令制定：另充電電壓最高的電池所在回路中的主控MOS管的控制端口通入PWM控制信號(hào)，并使轉(zhuǎn)換器初級(jí)回路中的輔控MOS管的控制端口通入與其相反的PWM控制信號(hào)，使兩個(gè)MOS管的開關(guān)管交替閉合與斷開，從而使充電電壓最高的單體電池釋放電能分給整個(gè)電池組，直到此單體電池的充電電壓與電池組中最小充電電壓的差值不高于界限值時(shí)，則完成了一次均衡。而后，均衡策略模塊重新對(duì)電池組健康狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，決定是否開始制定均衡指令，進(jìn)行下一次的均衡。這樣，經(jīng)過多次均衡，將會(huì)有效調(diào)控電池組中出現(xiàn)的最大充電電壓，延長(zhǎng)充電時(shí)間并增加電池組充入的總能量，從而提高充電效率。

基于以上分析，在充電狀態(tài)時(shí)，控制策略模塊的具體工作流程如圖6所示。

圖6 充電狀態(tài)下控制策略模塊工作流程
2.2 放電狀態(tài)
電池組放電狀態(tài)時(shí)，采用放電電壓Uout作為均衡變量，狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊信息流中提供的是各電池的放電電壓值V1、V2…Vn（n為樣本容量，即電池組內(nèi)的電池?cái)?shù)量），同樣以放電電壓的極差值r＞rset作為開始均衡指令指定的標(biāo)志。
但不同的是，電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，電池組放電時(shí)間的終止將由電池組中弱電池決定，故充電狀態(tài)時(shí)，均衡指令制定的目標(biāo)在于控制弱電池的放電電壓與剩余容量，即需要采取“補(bǔ)償弱電池”的均衡方法。“補(bǔ)償電池”均衡方法的指令制定：另轉(zhuǎn)換器初級(jí)回路中的主控MOS管的控制端口通入PWM控制信號(hào)，放電電壓最高的電池所在回路中的輔控MOS管的控制端口通入與初級(jí)回路中相反的PWM控制信號(hào)，使兩個(gè)MOS管的開關(guān)管交替閉合與斷開，從而使整個(gè)電池組釋放電能補(bǔ)償給弱電池，直到此單體電池的放電電壓與電池組中最大充電電壓的差值不高于界限值時(shí)，則完成了一次均衡。而后，均衡策略模塊重新進(jìn)行均衡判斷和新一輪均衡，多次均衡后，將會(huì)有效調(diào)控電池組中出現(xiàn)的最小放電電壓，延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。因此，放電狀態(tài)下控制策略模塊的工作流程如圖7所示。

圖7 放電狀態(tài)下控制策略模塊工作流程
2.3 擱置狀態(tài)
電池組處于擱置狀態(tài)下與放電狀態(tài)下的均衡控制模塊工作流程與工作需求類似。擱置狀態(tài)下，同樣以采樣電壓的極差值r＞rset作為開始均衡指令指定的標(biāo)志，同樣以控制弱電池（電壓最低、剩余容量最少）的放電電壓與剩余容量作為均衡指令制定的目標(biāo)，即同樣采取“補(bǔ)償弱電池”的均衡方法。不同的是，電池?cái)R置狀態(tài)下的均衡變量采用開路電壓Uoc，因此狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊信息流中提供的是各電池的開路電壓值。