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0引言
随着能源危机和环境问题的日益突出,纯电动汽车因其低噪音、无污染等突出优点,逐渐成为全球汽车工业领域中的一个重要组成部分和发展方向。相较于以内燃机为动力源的传统汽车而言,电池为纯电动汽车唯一的动力源,以此驱动电机运转为车辆的运行提供动力,为提高纯电动汽车的续航里程,通常需要将动力电池串联成电池组。由于受动力电池原材料品质、生产工艺、工作环境等因素的影响,动力电池组在经过多次充放电后,电池间差异将逐步显现。若在电池组充电状态下将造成容量低的电池过充,容量高的电池未充满;而在放电状态下将造成容量低的电池过放,容量高的电池未充分利用,多次反复将使得动力电池组性能下降,严重情况下还会引发电池组爆炸等安全问题。因此针对电池组状态逐渐离散的问题,开发出结构灵活、智能高效的电池组能量均衡系统已成为重要研究方向。当前大多数电池组均衡系统只考虑主动均衡技术,均衡周期较长,本文设计的均衡系统兼顾被动均衡高效和主动均衡能量无损的优点,在考虑成本的前提下可有效提高均衡效果,具有很高的实用价值。
1电池组不均衡度分析
通过对动力电池组的循环充放电实验、模拟工况试验可知,动力电池组的不一致性通常包含原始性能参数不一致和电池性能老化程度不一致两种情况,具体表现在单体电池之间的参数特性如电池端电压、SOC、内阻等差异。其中端电压值容易测量,且是单体电池间能量差异的直接和客观反映,
因此本文所述均衡系统以电池端电压为控制目标参数,进行均衡控制策略设计。定义单体电池端电压差异度α来衡量动力电池组总体一致性情况:
Ui为各个单体电池端电压值,n为电池数目。单体电池端电压差异度α反应的是动力电池组电压整体不一致性态势,这一态势变化幅度较小,不会因为某一电池电压值变化而剧烈波动。同样可以定义每个电池包内电压差异度来表征各个电池包内电池一致性情况。
2均衡系统设计
2.1均衡系统总体框架
整个动力电池组根据车辆动力性需求可分为若干电池包,每个电池包由若干单体电池组成。本文设计的电池组能量均衡系统结构如图1所示,该均衡系统包含以下几大功能模块:数据采集模块实时监测电池组单体电池电压信息,作为均衡电路是否工作的依据参数;被动均衡模块作用于每个电池包内单体电池之间,以各自电池包内单体电池平均电压为目标参考值进行动态均衡,以此作为后续主动均衡的基础;主动均衡模块作用于各个电池包之间,以被动均衡后电池包平均电压为目标参考值进行动态双向均衡;中央控制器根据数据采集模块监测到的电池电压参数,依据设置好的均衡策略,分别控制被动均衡模块和主动均衡模块的工作状态,其中被动均衡模块场效应开关管由通用IO口输出高低电平,经由驱动电路进行控制,而主动均衡模块场效应开关管由控制器相应PWM模块产生周期和占空比可控方波,经由PWM驱动电路进行控制。
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