锂离子电池组的主动充电平衡法分析
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2020-10-24
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锂离子电池组的主动充电平衡法分析锂离子电池组的主动充电平衡法分析
位于慕尼黑的英飞凌科技公司汽车系统工程部门最近接到一项开发E-Cart的任务。E-Cart是一种可驾驶的车辆，
主要用于演示混合动力汽车的电气性能。该车将采用一组庞大的锂离子电池组提供动力，当时开发人员就意识
到对其进行带充电平衡的电池管理是绝对必要的。
位于慕尼黑的英飞凌科技公司汽车系统工程部门最近接到一项开发E-Cart的任务。E-Cart是一种可驾驶的车辆，主要用于演示
混合动力汽车的电气性能。该车将采用一组庞大的
图1：E-Cart原型
电池系统架构电池系统架构
镍镉电池与随后出现的镍氢电池多年来一直主宰着电池市场。锂离子电池是最近才进入市场的，但由于其性能有极大提
高，因此其市场份额增长非常迅速。锂离子电池的储能容量非常惊人，但即便如此，单个电池单元的容量不论从电压还是从电
流方面仍都太低，不能满足一个混合动力发动机的需要。并联多个电池单元可以增大电池所提供的电流，串联多个电池单元则
可以增大电池提供的电压。
电池组装商通常利用一些缩略短语来描述其电池产品，例如“3P50S”代表该电池组中有3个并联的电池单元、50个串联的
电池单元。
模块化结构在对包含多个串联电池单元的电池进行管理时是很理想的结构。例如，在一个3P12S的电池阵列中，每12个
电池单元串联之后就组成了一个模块(block)。然后，这些电池单元就可通过一块以微控制器为核心的电子电路对其进行管理和
平衡。
这样一个电池模块的输出电压取决于串联电池单元的个数和每个电池单元的电压。锂离子电池单元的电压通常在3.3V到
3.6V之间，因此一个电池模块的电压约在30V到45V之间。
混合动力车的驱动需要450V左右的直流电源电压。为了根据充电状态来补偿电池单元电压的变化，比较合适的做法是在
电池组和发动机之间连接一个DC-DC转换器。这个转换器还可以限制电池组输出的电流。
为确保DC-DC转换器工作在最佳状态，要求电池组电压在150V到300V之间。因此，需要串联5到8个电池模块。
平衡的必要性平衡的必要性
如果电压超出允许的范围，锂离子电池单元就很容易损坏(见图2)。如果电压超出了上、下限(以纳米磷酸盐型锂离子电池
为例，下限电压为2V，上限电压为3.6V)，电池就可能出现不可逆转的损坏。其结果至少是加快电池的自放电速度。电池输出
电压在一个很宽的充电状态(SOC)范围内都是稳定的，电压偏离安全范围的风险很小。但在安全范围的两端，充电曲线的起伏
相对比较陡峭。因此，为预防起见，必须严密监控电压。
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