均衡電路控制 - 混合動(dòng)力車(chē)用電池均衡電路控制與設(shè)計(jì)

　　當(dāng)均衡電路工作時(shí)， 電池監(jiān)控IC將實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)單體電池電壓， 當(dāng)單體電池不一致電壓達(dá)到一定值時(shí)， 通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管S 1， S 2， ， Sn， 來(lái)控制所需要的均衡容量。均衡容量與均衡時(shí)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(shí)間，其中Iequ =Ud/R， Ud 為單體電壓值， R 為放電電阻。

　　通過(guò)電阻R 把單體電池中的充電電流進(jìn)行分流， 電壓較高的電池通過(guò)電阻R 耗能向電壓較低的電池靠攏。在均衡過(guò)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(rèn)為Iequ是近似恒定的， 并通過(guò)近似計(jì)算得到均衡時(shí)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(shí)間：

　　由此可見(jiàn)， 電路的計(jì)算和控制較為簡(jiǎn)單， 不需要復(fù)雜的能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移過(guò)程， 且均衡時(shí)間容易掌握，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　4 均衡電路設(shè)計(jì)

　　對(duì)電池進(jìn)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(fēng)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(shí)時(shí)向MCU 發(fā)送數(shù)據(jù)。上位機(jī)通過(guò)CAN 總線與監(jiān)控IC通信， 將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(gè)芯片中， 對(duì)電池進(jìn)行溫度測(cè)量、溫度控制并與MCU 進(jìn)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(guò)平衡電壓來(lái)平衡容量的均衡方法在控制時(shí)應(yīng)兼顧以下幾點(diǎn)：

　?。?1）均衡放電電阻R 的選取。均衡電路工作時(shí)， 能量高的電池會(huì)通過(guò)放電電阻以熱能的形式釋放掉， 如果此時(shí)電阻溫度過(guò)高， 可能會(huì)造成電路熱失控， 存在安全隱患， 因此， 電阻的值不能過(guò)小; 另一方面， 均衡電流直接決定了均衡時(shí)間， 如果均衡電流過(guò)小， 會(huì)使均衡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)， 達(dá)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(guò)大。綜上， 電阻值能否適當(dāng)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(dòng)及關(guān)閉的時(shí)刻， 若電壓閾值設(shè)的過(guò)大， 會(huì)導(dǎo)致均衡時(shí)間過(guò)短， 均衡效果不明顯， 達(dá)不到要求， 電壓閾值設(shè)的過(guò)小， 則均衡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)， 不但白白消耗了能量， 且對(duì)電池組各電池有害無(wú)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(dòng)力車(chē)的應(yīng)用情況來(lái)設(shè)置均衡閾值。

　?。?3）均衡模塊的啟動(dòng)和關(guān)閉。在初始上電后，MCU 定時(shí)檢測(cè)電池組各單體電壓， 一旦超過(guò)閾值則對(duì)需要均衡的單體閉合開(kāi)關(guān)， 進(jìn)行放電， 其余單體的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。之后MCU 會(huì)定時(shí)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(kāi)關(guān)管均斷開(kāi)， 均衡終止。