一种新能源汽车电池管理系统主动均衡方案

　　摘要：本文介绍了一种基于英飞凌16位单片机和8位单片机的电动汽车电池管理系统的主动均衡方案。通过变压器来转移能量，使得各电池之间电量始终保持均衡，避免过充电或过放电的状况发生，可以大大提高电池的寿命和使用效率。

　　背景介绍

　　随着环保节能愈加受到重视，新能源汽车成为汽车工业发展的必然趋势。而蓄电池则是制约新能源汽车推广及产业化的一个很重要的因素。为了提高蓄电池的使用寿命，各大厂商提出了很多不同的解决方案，电池管理系统就是其中的一种，因为其能够大幅提高原有电池性能而得到了广泛的研究。

　　经过分析发现，如果电池长期工作在过充电或者过放电的情况下，会对电池造成较大的影响，会导致电池的容量下降。随着电池使用次数增加，其容量也会随之变小。而且，容量变化的程度不一，即使是同一品牌的电池使用相同的时间后，其容量变化情况也不尽相同。由于电动汽车需要多个电池串联起来组成电池包来供电，一般来说，若干个电池组成一个电池模块，若干个电池模块再串联起来组成电池包。在使用一段时间后，每个电池的容量会有不同程度的下降，这样，便造成了电池模块内部以及电池模块间的不均衡状态。电池包的整体容量受到单个“短板”电池的限制，利用率被大大减小。新能源汽车每次充电的里程数也会大大缩短。正是在这样的背景下，电池管理系统和电池的均衡方案被提出。

　　电池管理系统可以对单个电池的工作状况进行检测，包括电池电压、工作电流及环境温度。同时，利用电池电量均衡策略，可以消除电池间电量的差异，提高电池的使用率，避免由于电池过充或过放而引起的危及电池寿命和行车安全的情况出现。

　　方案介绍

　　目前电池管理系统的方案主要分为被动均衡方案和主动均衡方案两大类，都是为了解决电池模块内部不均衡问题提出的。所谓被动均衡方案，是指使用电阻等被动消耗电池多余能量的方式来实现电池间的均衡。与被动均衡不同，主动均衡采用了进行了能量的转移的策略，即将电量最多的电池的电量转移到其它电池，或者是将其它电池的电量转移给电量最少的电池。与被动均衡方案相比，主动均衡方案的电池能量利用率更高，所以本文将介绍主动均衡方案。

　　图1表示的则是一种利用反激式变压器来对电池多余能量进行储藏和转换的主动均衡方案。如图所示，变压器的初级线圈连接整个电池模块，次级线圈与单个电池连接。初级线圈和次级线圈都各自有开关控制是否与电池形成回路。　　

 

　　在电压扫描模式下，依次闭合与各电池相连的次级线圈很短时间，然后断开，可以将对应电池的电压传递至所有线圈。在初级线圈进行采样并得到各电池的电压值后，计算其平均值，可以比较得出电压值与平均值相差最多的那个电池。如果该电池的电压高于平均值，则需要将其电量转移到整个电池组中。如图2中所示，假设第5节电池为电量最多的电池，则先闭合第5节电池的次级线圈，使电流流过该次级线圈，由于自感的存在，电池中转移出的能量在线圈中以磁场的形式得到存储。储能完成之后，再断开次级线圈;在次级线圈的开关断开的同时，必须闭合初级线圈开关。此时，变压器就从储能模式进入了能量输出模式。能量通过初级线圈输入整个电池模块中，这种方式也被称为“顶部均衡”。反之，如果偏差最大的电池电压小于平均值，那么则需要把其他电池的电量转移到这一节电池中来。如图3所示，假设第2节电池的电量最低，那么先闭合初级线圈开关，让整个电池组开始对变压器初级线圈充电;充电完成之后，再断开初级线圈;在初级线圈开关断开的同时，闭合相应的次级线圈开关，让初级线圈中的能量转移到低电量的电池中。这种方式也被称为“底部均衡”。