一种基于变压器的电动汽车电池主动均衡方案设计

4 实验数据

实验采用12节超级电容（U0~U11）作为均衡对象。被试电容初始电压最高2.131V伏（U6），最低1.767V（U7）。经过130秒左右的主动均衡，所有12节的超级电容的电压趋于集中，停止主动均衡操作。被试电容初始电压最高1.962V伏（U11），最低1.939V（U2）。


图4.1：超级电容主动均衡和被动均衡测试。

采用被动均衡时，用于电容容量和电容电压成正比，采用固定电阻进行被动均衡时，电压曲线接近斜率固定的直线，图中虚线为模拟被动均衡时的电压曲线。经18分钟的被动均衡后，超级电容电压趋于一致达到1.76V。

5 系统的平衡性和改进

变压器体积与均衡速度的平衡：为了达到较快的均衡效果，即较大的均衡电流，本实验采用了较大体积的变压器。在追求更紧凑的系统设计中，可采用体积较小的变压器。但是减小体积的同时，降低了每次均衡所传递的能量，减慢了均衡速度。对于某些电池容量较小的微混、中混汽车可降低均衡速度以获得更小的变压器体积。

变压器体积与系统效率的平衡：如果提高主动均衡时的开关频率，同样可以采用更小体积的变压器。带来的问题是MOSFET的开关功耗与开关频率成正比，系统功耗因开关频率提高而升高，导致系统功率降低。在纯电动汽车系统里电池容量较高，可通过牺牲一些开关损耗来减小变压器体积，达到系统更加紧凑的目的。

通信系统的改进：由于每10~12个串联电池为一个子节点，整套电池管理系统的内部CAN总线多达10~20个节点，每个节点的参考地电平不同，需要采用隔离CAN总线方案才能通信，产品成本较高。如果根据具体应用，开发专用的串联总线方案，将大大降低整体成本。

电池电压检测的改进：本设计采用10位ADC加软件校正的方式采样电压，精度可达5mV。但是对于如磷酸铁锂等电压平台非常平坦的系统，电压检测精度需进一步提高。如果采用12~13位的ADC和更加完善的软件校正方案，电压精度可达2mV甚至1mV。这样就可以满足各种锂离子电池的应用需要。

6 结束语

采用变压器的主动均衡方案不仅能够克服以往方案的各种缺点，更好的实现了能量的平衡和分配功能；大大降低了均衡功耗，有助于降低系统散热要求及增加车辆的续航里程，较大的均衡电流，降低了均衡时间，这对使用大容量电池的电动汽车具有实用意义。节能环保是中国乃至全世界当今的努力目标和技术发展方向，无论是混合动力（HEV）还是电动汽车（EV）离不开作为储能介质的动力电池，电池技术的发展水平成为了目前新能源车普及最大的瓶颈之一。选择适合的电池管理方案，能大大提高电池的使用寿命及发挥最大的电池容量，充分发挥新型锂离子电池所具备的优势和巨大的市场潜力。