动力电池组特性分析与均衡管理

电池组放电电流大，电压跌落幅度也大，输出效率下降，欧姆损耗增大，另一方面，电压下降也会导致电机效率降低，工作条件恶劣，可能发生过强度放电，即超出电池电流输出能力，此时电池组处于过载使用。避免过载的措施:使用功率较大的电池组;限电压、电流、功率或其组合限制行使;平稳行使，限制加速度。

　　2.7 刹车制动与逆变

　　只要加速度为负值，传动机构就可以带动发电机发电，回馈电能可以给电池组充电，将机械动能转化为化学能存储使用，瞬间逆变功率与输出功率属同一数量级，取决于发电机逆变效率，加速时有过强度放电，逆变时就有可能存在过强度充电。

　　2.8 先进的电池组使用方法

　　过充过放对电池的损害都是致命的，不同之处仅在于过充产生大量气体、易自燃和爆炸、表象剧烈，过放外观变化和缓、但失效速度却极快，在正常使用中都应严格避免出现

　　鉴于相同原材料、同批次的单体电池，容量、内阻、寿命等性能参数符合正态分布并且离散程度有限;鉴于在相同的电流激励条件下，单体电池电压变化过程的一致性渐进逼近其它性能参数的一致性，其中最重要的参数是荷电程度;鉴于电池在未曾历经过过充、过放的损害，在其生命期里不容易提前失效，可以推断，如果在充放电过程中通过能量变换的办法实施电池组中单体电压的均衡控制，使单体电压趋于一致，那么单体的相对荷电程度也趋于一致，可以实现同时充足电、也同时放空电，进而，电池组的寿命应接近于单体电池的平均寿命。

　　基于均衡控制，可进一步研究先进的充电方法。目前的限压限流方法，无论在充电速度还是效果上都不够科学，充电初期，极化效应并不激烈，电池的电流接受能力最强，充电电流还应该加大，恒流后期电池温升、内压增大，电流已经超出电池接受能力，电流应该减小，同时，极化作用、趋肤效应降低了材料反应的活性，可利用反向电流脉冲肖弱这些不利影响。

　　3 动力电池组的均衡控制和管理

　　要实现单体电压的均衡控制，均衡器是电池管理系统的核心部件，离开均衡器，管理系统即使得到了电池组测量数据，也无所作为，也就无所谓管理。随着电动汽车技术的不断发展，电池组均衡装置的需求已经迫在眉睫，已有许多研究，国外已有报道，如德国Kaiserse Lautern大学，日本本田公司等，国内技术尚未成熟。

　　3.1 断流与分流

　　均衡器按能量回路处理的方式分断流和分流，断流指在监控单体电压变化的基础上，在满足一定条件时把单体电池的充电或负载回路断开，通过机械触点或电力电子部件组成开关矩阵，动态改变电池组内单体之间的连接结构，可能的断流部件有机械、继电器、半导体。电动汽车用电池组功率很大，瞬时电流可达数百安培而且双极性变化，在考虑可行性、性价比、实用性、可靠性等诸多因素，断流的实施难度极大，不适合在电动汽车上使用。

　　分流并不断开电池的工作回路，而是给每只电池各增加一个旁路装置，就象电池伴侣，两者合起来的特性趋于电池组内平均素质的单体电池特性。

　　3.2 能耗与回馈

　　能耗型指给各单体电池提供并联电流支路，将电压过高的单体电池通过分流转移电能达到均衡目的，实现电流支路的装置可以是可控电阻，或经能量变换器带动空调、风机等耗电设备，其实质是通过能量消耗的办法限制单体电池出现过高或过低的端电压，只适合在静态均衡中使用，其高温升等特点降低了系统可靠性，消耗能源，在动态均衡中不可能使用。

　　与能耗不同，回馈通过能量变换器将单体之间的偏差能量馈送回电池组或组中某些单体。理论上，当忽略转换效率时，回馈不消耗能量，可实现动态均衡。回馈型具有更高的研究价值和使用价值，最有可能达到实用化设计。

　　3.3 能量变换器

　　电池电压均衡利用能量变换装置实现，依据高频开关电源(SMPS)的原理和技术设计，基本的电源电路包括非隔离式的Buck、Boost、Buck Boost、Cuk、Sepic、Zeta，隔离式的有Forward、Flyback、Push Pull、Half Bridge、Full Bridge、Iso-Cuk等。充电时小容量电池充入较少能量，分流电路吸收电能，放电时分流电路补充能量，能量变换器应该实现双向变换。原则上各种电源电路经改进设计都可以实现双向，最简单的方案是用两个电源，输入与输出交叉并联，两个电路分别控制。由于受成本、体积与重量、长期工作的可靠性等因素的影响，双向单变换器比单向双变换器更有优势，是发展方向。

　　3.4 静态与动态

按均衡功能特点分充电、放电和动态均衡。充电均衡在充电过程中后期，单体电压达到或超过截止电压时，均衡电路开始工作，减小单体电流，以期限制单体电压不高于充电截止电压。与