混合動力車用電池均衡電路控制與設(shè)計(2)

　　當均衡電路工作時， 電池監(jiān)控IC將實時檢測各個單體電池電壓， 當單體電池不一致電壓達到一定值時， 通過控制開關(guān)管S 1， S 2， ， Sn， 來控制所需要的均衡容量。均衡容量與均衡時間和均衡電流有如下關(guān)系：

　　C 為均衡容量， Ie qu為均衡電流， t為均衡時間，其中Iequ =Ud/R， Ud 為單體電壓值， R 為放電電阻。

　　通過電阻R 把單體電池中的充電電流進行分流， 電壓較高的電池通過電阻R 耗能向電壓較低的電池靠攏。在均衡過程中， 均衡電流Iequ并不是恒定的值， 它將隨電池端電壓的下降而減小。但由于均衡電流較小， 一般在100mA 以內(nèi)， 因此可以認為Iequ是近似恒定的， 并通過近似計算得到均衡時間。例如， 一塊電池需要均衡的容量為0. 4Ah， 均衡放電電阻100Ω， Ud 為4V， 那么均衡時間：

　　由此可見， 電路的計算和控制較為簡單， 不需要復(fù)雜的能量存儲和轉(zhuǎn)移過程， 且均衡時間容易掌握，具有實際應(yīng)用價值。

　　4 均衡電路設(shè)計

　　對電池進行均衡控制的硬件組成主要有MCU控制單元， 電池監(jiān)控IC， 均衡電路， 以及電源電路，溫度模塊， 風扇控制電路等。電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示， 電池監(jiān)控IC 采集各單體電池端電壓， 并實時向MCU 發(fā)送數(shù)據(jù)。上位機通過CAN 總線與監(jiān)控IC通信， 將數(shù)據(jù)實時顯示。溫度模塊采用智能化溫度傳感器， 它把溫度傳感器， 外圍電路， A /D 轉(zhuǎn)換器，微控制器和接口電路集成到一個芯片中， 對電池進行溫度測量、溫度控制并與MCU 進行數(shù)據(jù)通訊。

　　圖2 均衡電路硬件結(jié)構(gòu)框圖。

　　5 均衡控制策略的制定

　　通過平衡電壓來平衡容量的均衡方法在控制時應(yīng)兼顧以下幾點：

　?。?1）均衡放電電阻R 的選取。均衡電路工作時， 能量高的電池會通過放電電阻以熱能的形式釋放掉， 如果此時電阻溫度過高， 可能會造成電路熱失控， 存在安全隱患， 因此， 電阻的值不能過小; 另一方面， 均衡電流直接決定了均衡時間， 如果均衡電流過小， 會使均衡時間過長， 達不到均衡要求， 而均衡電流的大小是由放電電阻決定的， 電阻值越大均衡電流越小， 因此， 電阻值又不能過大。綜上， 電阻值能否適當選取是均衡效果的關(guān)鍵。

　　（ 2）均衡電壓閾值（ a） 的設(shè)定。電壓閾值的大小直接決定了均衡電路啟動及關(guān)閉的時刻， 若電壓閾值設(shè)的過大， 會導(dǎo)致均衡時間過短， 均衡效果不明顯， 達不到要求， 電壓閾值設(shè)的過小， 則均衡時間過長， 不但白白消耗了能量， 且對電池組各電池有害無益。因此， 需要從電池容量不一致所表現(xiàn)的充放電特征分析， 并結(jié)合混合動力車的應(yīng)用情況來設(shè)置均衡閾值。

　?。?3）均衡模塊的啟動和關(guān)閉。在初始上電后，MCU 定時檢測電池組各單體電壓， 一旦超過閾值則對需要均衡的單體閉合開關(guān)， 進行放電， 其余單體的開關(guān)斷開。之后MCU 會定時判斷單體電壓， 重新判斷是否符合均衡條件。如果單體的電壓一致性回到閾值內(nèi)， 則所有均衡回路的開關(guān)管均斷開， 均衡終止。