理论教育 学修电动汽车-非能量耗散型均衡管理

学修电动汽车-非能量耗散型均衡管理

时间:2023-08-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:非能量耗散型电路的耗能相对于能量耗散型电路小很多,但电路结构相对复杂,可分为能量转换式均衡和能量转移式均衡两种方式。同时,同轴线圈也存在一定的能量耗散,并且这种方式的均衡只有充电均衡,对于放电状态的不均衡无法起作用。该电路是通过切换电容开关传递相邻电池间的能量,从而达到均衡的目的。改进的电容开关均衡方式,可通过选择最高电压单体与最低电压单体电池间进行能量转移,从而使均衡速度增快。

学修电动汽车-非能量耗散型均衡管理

非能量耗散型电路的耗能相对于能量耗散型电路小很多,但电路结构相对复杂,可分为能量转换式均衡和能量转移式均衡两种方式。

1.能量转换式均衡

能量转换式均衡是通过开关信号,将电池组整体能量对单体电池进行能量补充,或者将单体电池能量向整体电池组进行能量转换。其中单体能量向整体能量转换,一般都是在电池组充电过程中进行,电路如图4-13所示。该电路的原理是,当检测到单体电池电压达到一定值时,均衡模块开始工作。把单体电池中的充电电流进行分流从而降低充电电压,分出的电流经模块转换把能量反馈回充电总线,达到均衡的目的。还有的能量转换式均衡可以通过续流电感,完成单体到电池组的能量转换。

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图4-13 单体电压向整体电压转换方式

电池组整体能量向单体转换,电路如图4-14所示。这种方式也称为补充式均衡,即在充电过程中,首先通过主充电模块对电池组进行充电,电压检测电路对每个单体电池进行监控。当任一单体电池的电压过高,主充电电路就会关闭,然后补充式均衡充电模块开始对电池组充电。通过优化设计,均衡模块中充电电压经过一个独立的DC/DC变换器和一个同轴线圈变压器,给每个单体电池上增加相同的次级绕组。

这样,单体电压高的电池从辅助充电电路上得到的能量少,而单体电压低的电池从辅助充电器上得到的能量多,从而达到均衡的目的。此方式的问题在于次级绕组的一致性难以控制,即使次级绕组匝数完全相同,考虑到变压器漏感以及次级绕组之间的互感,单体电池也不一定获得相同的充电电压。同时,同轴线圈也存在一定的能量耗散,并且这种方式的均衡只有充电均衡,对于放电状态的不均衡无法起作用。

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图4-14 补充式均衡示意图(www.daowen.com)

能量转换式电路是一种通过开关电源来实现能量变换的电路。相对于能量转移式均衡电路来说,它的电路复杂程度降低了很多,成本也降低了。但对同轴线圈,由于绕组到各单体之间的导线长度和形状不同,变压比有差异,导致对每个单体电池均衡的不一致,有均衡误差。另外同轴线圈本身由于电磁泄漏等问题,也消耗了一定的能量。

2.能量转移式均衡

能量转移式均衡是利用电感或电容等储能元件,把能量从电池组中容量高的单体电池,通过储能元件转移到容量比较低的电池上,如图4-15所示。该电路是通过切换电容开关传递相邻电池间的能量,从而达到均衡的目的。另外,也可以通过电感储能的方式,对相邻电池间进行双向传递。此电路的能量损耗很小,但是均衡过程中必须有多次传输,均衡时间长,不适于多串的电池组。改进的电容开关均衡方式,可通过选择最高电压单体与最低电压单体电池间进行能量转移,从而使均衡速度增快。能量转移式均衡中能量的判断以及开关电路的实现较困难。

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图4-15 能量转移式均衡

能量转移式均衡是一种电池容量补偿的方法,就是从容量高的电池取出一些电量来补偿容量低的电池。这个方法虽然可行,但是由于在实际电路中需要对各个单体电池电压进行检测判断,电路会很复杂,且体积大、成本高。另外,能量的转移是通过一个储能媒介来实现的,存在一定的消耗及控制问题。该均衡方式一般应用于中大型电池组中。

除上述均衡方法外,在充电应用过程中,还可采用涓流充电的方式实现电池的均衡。这是最简单的方法,不需要外加任何辅助电路。其方法是对串联电池组持续用小电流充电。由于充电电流很小,这时的过充电对满充电池所带来的影响并不严重。由于已经充饱的电池没办法将更多的电能转换成化学能,多余的能量将会转化成热量。而对于没有充饱的电池,却能继续接收电能,直至到达满充点。这样,经过较长的周期,所有的电池都将会达到满充状态,从而实现了容量均衡。但这种方法需要很长的均衡充电时间,且消耗相当大的能量来达到均衡。另外,在放电均衡管理上,这种方法是不能起任何作用的。

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