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锂电池组主动均衡方法的原理介绍

2022.9.15

  电荷穿梭的锂电池组主动均衡方法包括一个可以使电量从一个特定的电池单元放出、储存、然后传递给另一个电池单元的器件。目前有几种电荷穿梭方案,其中最让人关注的是“飞渡电容”。

  控制系统闭合适当的开关通过电池单元B;对电容器C充电。当电容充电之后,开关就会断开。随后链接电池单元B2与电容器C的开关闭合,电容器C对电池单元B2充电,充电电量取决于B1与B2的电压差。

  然后电容器以相同的方式与B3,B1…,Bn,B…连接。电池组中拥有最高电量的电池单元会给C充电,然后C会为拥有最低电量的电池单元充电。通过这种方式,拥有最高电量的电池单元会将电量分配给其他低电量电池单元。实现这种方式只需要一个固定的开关顺序来闭合或断开适当的开关。

  要改良“飞渡电容”方法,就要实现智能的选取需要均衡的电池单元。这样,电容器可以从拥有最高电量的电池单元充电然后将电量传递给最低电量的电池单元。这种方法可以显著减少电池组达到均衡的时间,尤其是当最高电量电池单元与最低电量电池单元位于电池组的两端时。而这就需要另外的控制系统来检测和选择目标电池单元。

  这种方案需要在电容器C达到峰值充电电流时,有很大转换速率(n+5)。对于一个有较大电池失衡(Bn=3.0V,B=4.0V理想的系统而言(电容和开关没有阻抗),1000uF的飞渡电容可以在1A的平均转换电流、1kHz转换频率下,至少以每小时1Ahr的速率平衡这些电池单元。如果考虑电容和开关的阻抗,则系统充放电的时间常数有很大程度的增加,降低实际均衡电流一个数量级或者增。

  加开关电流的峰值。使用的电容越大,完成一次可用充电(usable charge)的时间越长,从而时钟速率(clock rate)降低,转换的峰值电流增加。大电池组(100Ahr)需要一个包含一个有很大转换电流的大电容的电荷穿梭设备。这样将有很多能量在电容器和开关上以电阻热的形式浪费掉。很大一部分电量均衡是通过高电量电池单元中的能量变成热能形式浪费这样简单实现的。

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