锂离子电池组的主动充电平衡法全面解析

2013-05-30 09:18

　　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。这种情况下必须采用在各节电池之间进行主动能量转移的方式来代替传统的简单充电平衡方案。他们开发的主动充电平衡系统在材料成本与被动方案相当的情况下能提供更优秀的性能(见图1)。

锂离子电池组的主动充电平衡法全面解析

图1：E-Cart原型

　　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。

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