動(dòng)力電池主動(dòng)均衡方案總結(jié)

1、項(xiàng)目：純電動(dòng)中型公務(wù)客車研發(fā)及示范動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡方案 合工大: 安凱: 編 制： 校 對(duì)： 校 對(duì)： 審 核： 審 核： 批 準(zhǔn)： 合肥工業(yè)大學(xué)2015年11月15日 目 錄1 背景12 均衡變量的選擇22.1 以開路電壓作為均衡變量22.2 以工作電壓作為均衡變量22.3 以SOC作為均衡變量32.4 以剩余可用容量作為均衡指標(biāo)33 主動(dòng)均衡方案43.1 基于電容式均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)43.1.1 基于單電容均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)43.1.2 基于多電容均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)53.2 基于電感式均衡電路63.2.1 基于單電感均衡結(jié)構(gòu)63.2.2 基于多電感均衡結(jié)構(gòu)73.3 基于單繞組和多繞組變壓器的均衡電路73.

2、3.1 基于單繞組變壓器均衡結(jié)構(gòu)73.3.2基于多繞組變壓器均衡結(jié)構(gòu)83.4 基于DC/DC變換器式均衡策略93.4.1 基于Buck變換器均衡結(jié)構(gòu)93.4.2基于Buck-Boost變換器均衡結(jié)構(gòu)103.4.3 基于CUK變換器均衡結(jié)構(gòu)104 均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總結(jié)115 均衡策略選擇135.1 最大值均衡法135.2 平均值及差值比較均衡策略135.3 模糊控制法146 動(dòng)力電池組均衡技術(shù)總結(jié)141 背景隨著動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，逐漸暴露出一系列諸如耐久性、可靠性和安全性等方面的問題。電池成組后單體之間的不一致是引起這一系列問題的主要原因之一。由于電動(dòng)汽車類型和使用條件限制，對(duì)

3、電池組功率、電壓等級(jí)和額定容量的要求存在差別，電池組中單體電池?cái)?shù)量存在很大的差異。即使參數(shù)要求相似，由于電池類型不同，所需的電池?cái)?shù)量也存在較大的差別?？傮w看來，單體數(shù)量越多，電池一致性差別越大，對(duì)電池組性能的影響也越明顯。車載動(dòng)力鋰離子電池成組后，電池單體性能的不一致嚴(yán)重影響了電池組的使用效果，減少了電池組的使用壽命。造成單體電池問差異的因素主要有以下三方面：（1）電池制作工藝限制，即使同一批次的電池也會(huì)出現(xiàn)不一致；（2）電池組中單體電池的自放電率不一致；（3）電池組使用過程中，溫度、放電效率、保護(hù)電路對(duì)電池組的影響會(huì)導(dǎo)致差異的放大。因此均衡系統(tǒng)是車載動(dòng)力鋰電池組管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。從電池集成

4、和管理方面來看，主要可以從兩個(gè)方面來緩解電池不一致帶來的影響：成組前動(dòng)力電池的分選；成組后基于電池組不一致產(chǎn)生的表現(xiàn)形式和參數(shù)的電池均衡技術(shù)。然而，成組前電池單體的分選技術(shù)在保證電池組均衡能力方面是有限的，其無法消除電池組在使用過程中產(chǎn)生的不均衡。所以，基于電池組不一致的表現(xiàn)形式和參數(shù)的電池均衡技術(shù)是保證電池組正常工作，延長電池壽命的必要模塊和技術(shù)。串聯(lián)蓄電池組均衡策略，按照均衡過程中能量的流動(dòng)和變換形式可以分為被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡兩大類。被動(dòng)均衡策略的典型代表為電阻分流均衡策略，其均衡過程是將串聯(lián)蓄電池組中能量較高的單體蓄電池中的能量通過電阻轉(zhuǎn)化成熱能，最終實(shí)現(xiàn)串聯(lián)蓄電池組中各單體蓄電池能量的

5、一致。該方法在均衡過程中耗散一定的電池能量，故而現(xiàn)在已經(jīng)較少使用，本文檔也不再累述。圖1.1 電阻分流的被動(dòng)均衡策略2 均衡變量的選擇2.1 以開路電壓作為均衡變量目前多數(shù)均衡系統(tǒng)以開路電壓作為均衡變量，因?yàn)殚_路電壓為直接觀測量，容易測量，并且開路電壓與SOC之間存在一定的關(guān)系，開路電壓達(dá)到一致時(shí)電池組SOC一致性也較好，而相同充放電電流時(shí)SOC與工作電壓也存在類似正相關(guān)關(guān)系，開路電壓較高的電池，SOC較高，充放電時(shí)該電池電壓仍會(huì)高于其他電池，因此在電池組處于擱置狀態(tài)時(shí)以開路電壓作為均衡變量可以在一定程度上改善電池組不一致性狀態(tài)。但是以開路電壓作為均衡變量使得均衡系統(tǒng)只能工作于電池組擱置狀態(tài)，

6、降低系統(tǒng)工作效率。不同廠商、不同型號(hào)的電池OCV-SOC曲線可能會(huì)存在差異，故均衡控制過程中某些參數(shù)需要重新標(biāo)定。此外，開路電壓本身變化范圍很小，要求均衡系統(tǒng)采集模塊具有較高的采集精度。2.2 以工作電壓作為均衡變量工作電壓與開路電壓一樣都是可以直接測量的參數(shù)，而且工作電壓相比于開路電壓變化范圍更大，采集精度上更容易滿足要求。以工作電壓作為均衡變量的均衡系統(tǒng)工作于電池組充放電階段，由于目前純電動(dòng)汽車上的動(dòng)力鋰離子電池組充放電截止條件就是以工作電壓來判定的，以工作電壓作為均衡變量可以保證在不過充過放的前提下盡可能的提高電池組的容量利用率。對(duì)于老化程度較深、內(nèi)阻較大的電池，在非滿放的情況下，以工作

7、電壓一致作為均衡目標(biāo)可以保證其工作過程中SOC波動(dòng)范圍小于其他電池，可減緩該電池的老化速度，延長整組電池的使用壽命。以工作電壓作為均衡變量的缺點(diǎn)在于其受干路電流的影響波動(dòng)幅度特別大，特別是在純電動(dòng)汽車實(shí)際運(yùn)行工況下，工作電壓可能會(huì)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，使得均衡系統(tǒng)啟閉頻繁，開關(guān)損耗增加。在電池SOC較高和較低時(shí)工作電壓變化比較劇烈，對(duì)均衡系統(tǒng)均衡能力要求較高，而SOC處于中間階段時(shí)單體間工作電壓差距可能會(huì)很小，需要保證均衡系統(tǒng)的采樣精度。2.3 以SOC作為均衡變量SOC的數(shù)學(xué)表達(dá)式可知，SOC表征當(dāng)前電池剩余容量占最大可用容量的比例，以SOC作為均衡變量時(shí)，可以忽略電池組內(nèi)單體電池間最大可用容量的差

8、異，使所有單體電池同時(shí)達(dá)到充放電截止電壓，使得電池組容量得到有效利用。同時(shí)，SOC保持一致意味著所有單體均工作于相同的放電深度，避免由于放電深度不同導(dǎo)致的電池老化速度的差異。只有所有單體電池任意時(shí)刻SOC值保持一致時(shí)，電池組SOC值才能真實(shí)反映整個(gè)電池組的剩余容量狀態(tài)。以SOC作為均衡變量最大的問題在于SOC的估算精度以及實(shí)時(shí)性問題，在充放電初期SOC差異較小，如果不能識(shí)別的話，到后期差異較大時(shí)均衡系統(tǒng)壓力就會(huì)比較大，甚至無法完成均衡。均衡電流本身也會(huì)對(duì)SOC估算造成影響，現(xiàn)有的估算方法大多沒有考慮。此外，高精度SOC估算算法一般計(jì)算量較大，對(duì)電池組內(nèi)每節(jié)電池進(jìn)行實(shí)時(shí)估算要求均衡系統(tǒng)具有足夠的

9、運(yùn)算能力。2.4 以剩余可用容量作為均衡指標(biāo)與SOC作為均衡指標(biāo)類似，以當(dāng)前剩余可用容量作為均衡指標(biāo)也是從容量角度對(duì)電池組進(jìn)行均衡，同樣能夠避免低容量電池導(dǎo)致的“短板效應(yīng)”，充分發(fā)揮電池組的能力。在組內(nèi)電池老化程度差異不大的情況下兩者是一致的，如果組內(nèi)電池老化程度不同，某一時(shí)刻SOC達(dá)到一致后，由于不同電池SOC變化速率不同，下一時(shí)刻又會(huì)出現(xiàn)不一致，但若以剩余可用容量為均衡目標(biāo)，則后續(xù)不一致性問題就不會(huì)出現(xiàn)。以剩余可用容量作為均衡指標(biāo)主要的問題在于在線實(shí)時(shí)估算電池當(dāng)前最大可用容目前的估算方法大多只能做到離線估算，并且估算精度難以保證。3 主動(dòng)均衡方案對(duì)于鋰電池而言，要改善單體電池之間的不一致性

10、，均衡系統(tǒng)是電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的核心。若沒有均衡管理模塊，動(dòng)力電池組的穩(wěn)定性就沒有了保證。從均衡子系統(tǒng)的元器件來分，電阻均衡、儲(chǔ)能元器件均衡是埋離子動(dòng)力電池目前比較常用的均衡方法。當(dāng)然，所有的均衡子系統(tǒng)從均衡結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫问絹矸钟歇?dú)立均衡和集中均衡兩種，從均衡的能量回收角度分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡，從能量流向角度也可以分為單向和雙向均衡。圖3.1 電池均衡電路結(jié)構(gòu)3.1 基于電容式均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在基于電容式均衡策略的電路拓?fù)渲?，最基本的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種，分別如圖3.2和圖3.3所示；二者的主要差別在于均衡過程中參與均衡的電容數(shù)量以及均衡電路的控制方式的不同。3.1.1 基于單電容均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在圖

11、3.2所示的單電容均衡策略中，只需要一個(gè)電容作為能量轉(zhuǎn)移的載體，其均衡過程還需要電壓檢測電路的參與。其工作流程為：控制中心從串聯(lián)蓄電池組中檢測能量過高的單體蓄電池，控制其兩端開關(guān)閉合將能量傳遞給電容，電容充電之后將斷開電壓過高的單體電池，閉合電壓過低的單體與電容的連接，電容器給低壓單體充電，經(jīng)過若干周期進(jìn)而將電荷轉(zhuǎn)移至能量過低的單體蓄電池中。該策略結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，但是均衡電路體積小，均衡速度快。圖3.2 單電容均衡策略電路3.1.2 基于多電容均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于多電容均衡電路，一組電容器在串聯(lián)電池組相鄰電池之間傳遞電荷，其工作原理是：所有開關(guān)同時(shí)動(dòng)作，在上下觸點(diǎn)之間輪流接通，通過這種簡單的動(dòng)作，電

12、荷在兩相鄰電池單體之間轉(zhuǎn)移，最終電荷由高壓單元傳遞到低壓單元，經(jīng)過開關(guān)的反復(fù)切換即可實(shí)現(xiàn)均衡。所用的單刀雙擲開關(guān)可以用一個(gè)變壓器禍合的MOSFET裝置來實(shí)現(xiàn)，因此其開關(guān)頻率可以高達(dá)上百KHz，所需平衡電容容量要求較小。理論上該方法不需要單體電池的電壓檢測模塊，但為了避免開關(guān)一直處于動(dòng)作狀態(tài)也可以加入電壓檢測單元，在出現(xiàn)單體電壓差異時(shí)控制單元發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)的動(dòng)作。圖3.3 多電容均衡策略電路3.2 基于電感式均衡電路基于電感式均衡策略是以電感作為能量轉(zhuǎn)移的載體，實(shí)現(xiàn)各單體蓄電池之間能量的均衡。按照電感的耦合形式，又可分為單/多電感均衡策略，均衡電路拓?fù)浞謩e如圖3.4、圖3.5。3.2.1 基于

13、單電感均衡結(jié)構(gòu)單電感式主動(dòng)均衡中每個(gè)單體電池兩端通過開關(guān)連通兩條單向路徑，分別連向中間儲(chǔ)能元件電感L的兩端，通過控制開關(guān)陣列使得能量能在任意兩節(jié)單體之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，如圖3.4所示，實(shí)現(xiàn)能量的削峰填谷。該方案通過開關(guān)陣列選通使得電池組內(nèi)任意兩節(jié)單體之間可以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，加快了均衡速度，減少了均衡過程中的能量損失。但是，由于同一時(shí)刻只有兩節(jié)單體參與能量轉(zhuǎn)移，所以開關(guān)控制相對(duì)復(fù)雜，而且單電感式主動(dòng)均衡的能量轉(zhuǎn)移效率相較于變壓器式均衡仍然較低。圖3.4 單電感均衡策略電路拓?fù)?.2.2 基于多電感均衡結(jié)構(gòu)多電感式主動(dòng)均衡在每相鄰兩節(jié)單體電池之間放置一個(gè)電感，如圖3.5所示，通過開關(guān)通斷時(shí)間配合儲(chǔ)能電感實(shí)

14、現(xiàn)能量在相鄰兩節(jié)單體之間轉(zhuǎn)移，該均衡方案擴(kuò)展性好，均衡電流大，但當(dāng)需要均衡的單體電池相隔較遠(yuǎn)時(shí)需要經(jīng)過多次中間傳輸，降低了均衡速度，同時(shí)也會(huì)增加能量損失。圖3.5 多電感均衡策略電路拓?fù)?.3 基于單繞組和多繞組變壓器的均衡電路3.3.1 基于單繞組變壓器均衡結(jié)構(gòu)基于單繞組和多繞組變壓器的均衡策略。圖3.6為單繞組變壓器均衡策略電路，為每個(gè)單體蓄電池配備一個(gè)變壓器和一個(gè)整流二極管。當(dāng)控制中心發(fā)出均衡信號(hào)時(shí)，均衡開關(guān)S1以一定頻率開始動(dòng)作，為初級(jí)線圈充電進(jìn)而激發(fā)次級(jí)線圈輸出電壓，匝數(shù)比將保證輸出電壓是各單體電壓的平均值，并且自動(dòng)為電壓最低的單體電池充電，保證各單體蓄電池電壓的一致。串聯(lián)蓄電池組中

15、的能量將自動(dòng)在各個(gè)單體蓄電池中進(jìn)行均勻分配，從而完成能量的均衡過程。圖3.6 單繞組變壓器均衡策略電路拓?fù)?.3.2基于多繞組變壓器均衡結(jié)構(gòu)多繞組變壓器均衡電路一般指反激式多繞組變壓器均衡拓?fù)潆娐罚ぷ髟贒CM(斷續(xù)模式)下，主要有單鐵芯和多鐵芯的多繞組變壓器。變壓器式主動(dòng)均衡通過充電階段的頂部均衡和放電階段的底部均衡防止單體電池過充過放，最終使所有單體電池的能量差異在一定聞值范圍內(nèi)。該方案能量轉(zhuǎn)移對(duì)象為單體和電池組，因此不涉及相互轉(zhuǎn)移的問題，只需要判定單體電池的能量與電池組平均能量的差值是否在一定范圍內(nèi)，若單體電池能量低于電池組平均能量，則控制與電池組相連的變壓器原邊導(dǎo)通，由整組給能量較低的

16、單體補(bǔ)充能量，若單體電池能量高于電池組平均能量，則控制與該單體相連的副邊繞組導(dǎo)通，由單體電池向電池組轉(zhuǎn)移多余的能量，因此控制策略簡單、容易操作，但是變壓器式主動(dòng)均衡的擴(kuò)展性差，單體電池?cái)?shù)量改變時(shí)變壓器必須重新繞制，而且副邊的一致性難以保證，易出現(xiàn)磁飽和。多磁芯變壓器式主動(dòng)均衡增加了變壓器式均衡結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展性，每個(gè)單體對(duì)應(yīng)一個(gè)小變壓器，當(dāng)單體數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，只需要相應(yīng)地增加變壓器數(shù)量，但是該方案需要的變壓器數(shù)量較多，成本高，占用空間大且難以布置。圖3.7 多繞組變壓器均衡策略電路拓?fù)鋱D3.8 多鐵芯多繞組變壓器均衡電路3.4 基于DC/DC變換器式均衡策略基于DC/DC變換器式均衡策略是指利用DC

17、/DC變換電路，常見的如各式直流變換器，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)蓄電池組中能量的轉(zhuǎn)移和均衡；其中典型的均衡策略包括基于Buck變換器、Boost變換器、Buck-Boost變換器、Cuk變換器等，其電路拓?fù)淙鐖D3.9、圖3.10和圖3.11所示。嚴(yán)格的說以上四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只是DC/DC變換器設(shè)計(jì)中的幾種轉(zhuǎn)換技術(shù)，與以上幾種電路結(jié)構(gòu)相比并未用到新的電器元件，相反，在這幾種電路結(jié)構(gòu)中還可能與以上介紹過的電路結(jié)構(gòu)有重復(fù)的地方。3.4.1 基于Buck變換器均衡結(jié)構(gòu)Buck變換器屬于降壓型DC/DC變換器結(jié)構(gòu)，其輸出電壓等于或小于輸入電壓的單管非隔離直流變換器。根據(jù)電感電流I是否連續(xù), Buck變換器有3種工作模式：連

18、續(xù)導(dǎo)電模式、不連續(xù)導(dǎo)電模式和臨界導(dǎo)電模式。連續(xù)導(dǎo)電模式為線性系統(tǒng),控制比較方便、簡單。而不連續(xù)導(dǎo)電模式為非線性系統(tǒng)，不好控制。圖3.9 Buck變換器均衡策略電路拓?fù)?.4.2基于Buck-Boost變換器均衡結(jié)構(gòu)Buck-Boost變換器是升降壓型DC/DC變換器結(jié)構(gòu)，每兩個(gè)單體之間形成一個(gè)變換器，通過電容或者電感等儲(chǔ)能元件轉(zhuǎn)移單體能量，實(shí)現(xiàn)能量在相鄰單體間單向或者雙向流動(dòng)。事實(shí)上，多電感均衡結(jié)構(gòu)就是Buck-Boost變換器結(jié)構(gòu)組成的升降壓型均衡電路。此方案的基本思路，就是將高電壓單體中的電能取出再進(jìn)行合理的分配，從而實(shí)現(xiàn)均衡。其電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，應(yīng)用的器件數(shù)目也較少，是一種比較不錯(cuò)的均衡

19、方案。需要注意的是，當(dāng)多個(gè)單體同時(shí)放電再分配時(shí)，會(huì)出現(xiàn)支路電流疊加的情況，須仔細(xì)設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)以保證系統(tǒng)穩(wěn)定。圖3.10 Buck-Boost均衡策略電路拓?fù)?.4.3 基于CUK變換器均衡結(jié)構(gòu)CUK變換器又叫Buck-Boost串聯(lián)變換器，它是針對(duì)Buck-Boost升降壓變換器存在輸入電流和輸出電流脈動(dòng)值較大的缺點(diǎn)而提出的一種一種非隔離式單管DC-DC升降壓反極性變換器，BUCK-BOOST變換器一樣，CUK結(jié)構(gòu)也具有升降壓功能，也能工作在電流連續(xù)、斷續(xù)和臨界連續(xù)三種工作方式。Cuk型均衡電路與前者的區(qū)別在于在整個(gè)均衡周期內(nèi)，無論開關(guān)閉合或者斷開，能量一直通過電容和電感傳遞給相鄰電池。變換器

20、型電路存在的主要問題在于能量只能在相鄰電池間傳遞，如果電池節(jié)數(shù)較多，則均衡效率將大受影響，另外對(duì)開關(guān)控制精度要求較高，且元器件較多，特別是Cuk型電路，成本較高。圖3.11 Cuk變換器均衡策略電路拓?fù)? 均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總結(jié)現(xiàn)有的電池均衡電路很多，在均衡能力和性能上各有不同，在選擇均衡電路的過程中要充分考慮其穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，并針對(duì)不同的工作環(huán)境進(jìn)行選擇。由分析可知，雖然現(xiàn)有的基本均衡技術(shù)在均衡領(lǐng)域都具有各自的優(yōu)勢，但也存在一些未能逾越的技術(shù)問題，導(dǎo)致均衡能力不能夠達(dá)到要求。基于多繞組變壓器均衡方案N個(gè)次級(jí)繞組只能對(duì)應(yīng)N個(gè)電池單體，單體數(shù)目增加則需要重新設(shè)計(jì)繞制整個(gè)變壓器，而且隨著單體數(shù)目的增加，

21、磁性器件的存在不僅增大成本和均衡器的體積，而且變壓器的漏感會(huì)導(dǎo)致均衡偏差的出現(xiàn)，尤其變壓器的設(shè)計(jì)目前沒有一種精確的設(shè)計(jì)方法，難以實(shí)現(xiàn)多輸出繞組的精確匹配，另外同軸鐵芯結(jié)構(gòu)導(dǎo)致均衡器可移植性變差?；诙嚯娙莺投嚯娮璧木夥桨敢泊嬖谝欢ǖ臑閱栴}，隔離型均衡器隨著單體數(shù)量的增加，磁性器件會(huì)造成體積過大，由于能量只能在相鄰單體之間傳遞，因此當(dāng)高電壓單體和低電壓單體之間距離較遠(yuǎn)時(shí)，能量逐級(jí)傳遞，不僅大大增加了均衡時(shí)間，尤其在實(shí)際使用中，充電時(shí)間要盡可能短，這種方案很難達(dá)到均衡效果?；诙嚯娙莺投嚯姼芯饨Y(jié)構(gòu)是一種不需要依賴于電壓檢測精度的均衡方案，但是開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的布線復(fù)雜，如果利用電容的優(yōu)勢通過開關(guān)控

22、制實(shí)現(xiàn)均衡，會(huì)帶來軟件編寫中復(fù)雜的控制策略難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)的難題；最重要是關(guān)斷時(shí)電流回路中巨大的尖峰電流和浪涌電流，給電路中的電容器帶來巨大的沖擊，縮短電容器壽命甚至損壞電容器；另外，雖然均衡原理決定了電壓檢測電路可以省略，在一定程度上減小了工作量和誤差率，但是由于均衡期間缺乏電池狀態(tài)中電壓指標(biāo)的監(jiān)控，在電池發(fā)生異常時(shí)沒有了故障警報(bào)和處理機(jī)制，安全性下降。表4.1 均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)比方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)單電容型開關(guān)較少，均衡速率快需電壓檢測模塊從而達(dá)到快速均衡多電容均衡無需電壓檢測，控制策略簡單相鄰單體間能力轉(zhuǎn)換，均衡速度慢，能量損失較多單電感型結(jié)構(gòu)簡單，均衡速度快開關(guān)瞬間有能量損失，開關(guān)頻率高，需濾波電容

23、多電感型可實(shí)現(xiàn)任意兩單體的能量傳遞，實(shí)現(xiàn)充電均衡和靜態(tài)均衡，擴(kuò)展性好，均衡電流大開關(guān)瞬間有較大能量損失，開關(guān)頻率高，需濾波電容，當(dāng)需要均衡的單體電池相隔較遠(yuǎn)時(shí)需經(jīng)多次中間傳輸，降低了均衡速度，增加能量損失單繞組變壓器均衡速度快，低磁損失控制復(fù)雜，成本高，磁芯和繞組根據(jù)電池組電壓和單體電壓而定，通用性差多繞組變壓器均衡速度快效率高，可用于充電和放電是的均衡電路設(shè)計(jì)難度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，磁芯和繞組根據(jù)電池組電壓和單體電壓而定，通用性差Buck變換器直流電壓輸出穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單輸出電壓等于或小于輸入電壓，僅用于單向均衡Buck-Boost拓?fù)渚馑俣瓤?，便于模塊化設(shè)計(jì)，雙向升降壓均衡，對(duì)于電池?cái)?shù)量多的系統(tǒng)

24、易于實(shí)施成本較高，需智能控制，能量損耗較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜Cuk變換器均衡能量可雙向流動(dòng)，均衡速度快，效率較高控制復(fù)雜，電壓檢測精度要求高5 均衡策略選擇適當(dāng)?shù)木獠呗?，是?duì)硬件電路設(shè)計(jì)的補(bǔ)償。依據(jù)目前均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原理，目前主要有三種均衡策略。5.1 最大值均衡法這種方法以串聯(lián)電池組中單體電壓值最高的單體為均衡對(duì)象，通過開關(guān)陣列選通電壓最高的單體對(duì)電壓最低的單體放電，直至達(dá)到均衡設(shè)定指標(biāo)。設(shè)Vmax為串聯(lián)電池組中電壓最高的單體電壓值，Vmin為串聯(lián)電池組中電壓最低的單體電壓。為均衡開啟閥值，若Vmax-Vmin>（根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，單體電壓差值超過36mV視為不均衡）則將電壓最高的電池能

25、量釋放給串聯(lián)電池組或者電壓最低的單體，直到Vmax-Vmin，則均衡終止。此方案在電池組中大多數(shù)單體均衡度較高，部分單體電壓過高或過低的情況下能夠快速均衡，而在電池組內(nèi)單體間一致性差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致控制邏輯混亂，反而降低系統(tǒng)的均衡效率。5.2 平均值及差值比較均衡策略這種方法適合以串聯(lián)電池組中所有單體電壓的平均值作為參考對(duì)象，通過比較單體的電壓值Vi與電池組的平均電壓值Vavg，進(jìn)而對(duì)電壓較高的單體放電；或者比較相鄰單體的電壓Vi與Vi+1，對(duì)電壓較高的單體進(jìn)行放電。判定是否均衡有如下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)公式：v=i=1n(Vi-Vavg)21v=maxVi-Vj2 ,（i , j=1,2,3且ij）其中， V

26、i為單體的電壓值，Vavg為電池組的平均電壓值，1與2為給定正數(shù)。1決定了均衡策略對(duì)控制精度的要求，2則是規(guī)定了單體之間的最大壓差。這兩個(gè)參數(shù)分別決定了均衡系統(tǒng)的均衡精度和均衡效果。此方案軟件控制策略方便實(shí)現(xiàn)，但是在相鄰單體之間轉(zhuǎn)移的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，若單體之間距離較遠(yuǎn)，則需要通過多個(gè)單體的傳遞，造成能量的浪費(fèi)和熱失衡的狀況。5.3 模糊控制策略鋰離子電池的模型建立是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性過程，其容量隨充電循環(huán)次數(shù)逐漸下降，充放電特性隨著充放電倍率和環(huán)境溫度發(fā)生較大的變化，其SOC與內(nèi)阻會(huì)隨著使用時(shí)間的增加發(fā)生不規(guī)律的變化。而為了保證動(dòng)力系統(tǒng)中上百個(gè)單體的一致性，對(duì)其高精度提出了越來越高的要求，因此不可能搭建一個(gè)精確模型。而智能型控制理論模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Control, FLC)非常適合這樣的非線性系統(tǒng)。其實(shí)現(xiàn)方法如圖5.1所示。主要包括以下三個(gè)步驟：（a）根據(jù)隸屬函數(shù)和模糊規(guī)則離線計(jì)算查詢表(Matlab/fuzzy ) ；（b）將模糊控制查詢表存入單片機(jī)；（c）檢測單體狀態(tài)，查表確定PWM以驅(qū)動(dòng)均衡電路。圖5.1 模糊控制策略模糊邏輯控制具有魯棒性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好、控制參數(shù)簡單的優(yōu)勢，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整均衡電流，是目前數(shù)字控制的發(fā)展方向。