動力鋰電池的混合均衡控制與能量管理

范 輝， 周晶晶， 姚 剛， 湯天浩

（1. 上海電機學院 電氣工程學院，上海 201306； 2. 上海海事大學 物流工程學院，上海 201306）

目前電動汽車需要電池作為動力或儲能裝置。由于鋰電池具有能量密度高、自放電率低、污染小及循環(huán)壽命長等優(yōu)點，逐漸成為電動汽車的首選動力源[1]。在實際應用中，為了獲得足夠大的電壓，往往將多個單體電池串聯(lián)成組使用。由于單體電池之間存在不一致性現(xiàn)象，可能造成單體電池的過充、過放以及電池組存儲容量下降的問題[2]，因此，鋰電池的均衡控制成為研究的熱點問題[3]。

現(xiàn)已有很多的電荷均衡方案和電路[4-6]，主要分為兩類：能耗型和非能耗型。在這些方案中，可采用電感、電容或變壓器作為能量轉(zhuǎn)換和緩沖的器件。電容均衡法是利用電容作為能量轉(zhuǎn)移緩沖，結(jié)合開關(guān)實現(xiàn)電池之間能量的轉(zhuǎn)移，這種方法控制簡單，但均衡效率低、能耗高[7-8]。電感均衡是采用電感作為能量轉(zhuǎn)移存儲器，也稱相鄰電池之間的均衡，具有能耗小、結(jié)構(gòu)簡單及效率高等特點[9]，但是，由于是基于相鄰電池能量的均衡，所以，當電池數(shù)量比較多的時候，或者需要均衡的電池相距較遠時，均衡時間長、效率低。

針對當前均衡電路存在的問題，本文提出了一種混合主動均衡法，結(jié)合變壓器均衡法以及電感均衡法，將串聯(lián)電池組中一定數(shù)量的單體電池打包，電池包內(nèi)采用電感均衡的方式，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于2812DSP的主控制器、SMBus通信以及串口通信、LCD顯示電路，開發(fā)了上位機監(jiān)控軟件，構(gòu)建了一個均衡效率高、均衡時間短、電池電壓、電流、SoC以及溫度監(jiān)控保護的鋰電池電能管理系統(tǒng)[10-12]。

1 混合主動均衡電路結(jié)構(gòu)

混合主動均衡法的基本原理如圖1所示，PACK是電池包，B為電池單體，T為變壓器，L為電感，S為開關(guān)，D為續(xù)流二極管，Ct為變壓器側(cè)電容，C為電容，R為電阻。當包與包的電壓不一致、相差余度較大時，開啟變壓器均衡，用以包與包的能量均衡，包內(nèi)部能量的不一致再由電感均衡法均衡，最終實現(xiàn)所有單體電池電壓的一致，包內(nèi)均衡與包包均衡可以同時工作，不相沖突。

圖1 混合主動均衡電路的基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic structure of the hybrid active balance circuit

在圖1中，以8個鋰電池串聯(lián)的電池組為例，將其中1～4號電池打包為PACK1，5～8號電池打包為PACK2。PACK1與PACK2內(nèi)部分別采用電感均衡，PACK1與PACK2采用變壓器均衡。圖1是基本情況，每個包內(nèi)可以根據(jù)實際情況擴展。采用TI公司電感均衡的專用芯片BQ78PL116，最多能控制16個電池的均衡。包與包之間采用BQ76PL102進行變壓器均衡。因單電感均衡在電池組中需要均衡的電池相距較遠的情況下，均衡時間長、效率低，為此，設(shè)置均衡最小差異為5 mV。考慮包內(nèi)允許的整體差異為5 n mV，n為包內(nèi)單體電池個數(shù)。當包與包之間的差異大于包內(nèi)整體差異時，啟動變壓器均衡；否則，只啟動包內(nèi)電感均衡。

1.1 電感均衡硬件電路

電感均衡電路是實現(xiàn)電池包內(nèi)鋰電池均衡的基礎(chǔ)，由兩部分構(gòu)成：第一部分為TI的專用電池控制芯片BQ78PL116通過PoweLAN通信結(jié)合BQ76PL102實現(xiàn)電池的信息采集、數(shù)據(jù)監(jiān)測以及電池組保護等功能；第二部分為電感均衡拓撲電路。

BQ78PL116可以管理3～16個串聯(lián)鋰電池，當管理的個數(shù)超過4個時，需要使用BQ76PL102級聯(lián)通過PowerLAN的方式實現(xiàn)管理。BQ78PL116采用獨立的檢測電池的關(guān)鍵參數(shù)，如電池電壓、電流、溫度及電池組SoC等。結(jié)合電感均衡法的Powerpump技術(shù)可以實現(xiàn)高效的電池電荷轉(zhuǎn)移，提高電池組使用壽命與續(xù)航能力。除了對電池信息的精確監(jiān)控功能外，該芯片還具有二級電池保護功能，實現(xiàn)電池的單體電池的欠壓過壓保護、電池組的欠壓過壓保護、過流保護及過溫度保護等，能夠在檢測到異常時，斷開電路，實現(xiàn)電路的保護。另外，該芯片可以將這些數(shù)據(jù)通過SMBus通信將電池的信息輸出，實現(xiàn)和外界控制系統(tǒng)的交流，其電源供電系統(tǒng)直接由被管理的鋰電池提供。

電感均衡控制電路的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，在電感均衡的控制系統(tǒng)中，BQ78PL116作為電路的主控，負責電池組電流的采集、電感均衡電路MOSFET驅(qū)動信號的給定，通過與從屬芯片BQ76PL102的PowerLAN通信以及和外圍電路的SMBus通信，獲取整個電池組以及單體電池的電壓、溫度、SoC的信息。

圖2 電感均衡控制硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Hardware circuit of the inductance balance control

電路中電感均衡電路的參數(shù)配置：電感為4.7 μH，開關(guān)頻率為204.8 kHz，上、下橋臂的占空比分別為33%和67%。

1.2 變壓器均衡電路設(shè)計

變壓器均衡電路設(shè)計主要包括拓撲flyback電路的設(shè)計、拓撲所使用高頻變壓器的設(shè)計。高頻變壓器是flyback電路的主要部件，實現(xiàn)能量的隔離傳輸。另外，還有開關(guān)器件的選擇、開關(guān)尖峰問題的解決等。

1.2.1 高頻變壓器設(shè)計。

為了實現(xiàn)反激變換器在原邊開關(guān)導通期間，原邊所存儲的能量在開關(guān)再次導通前全部傳輸?shù)礁边?，電路設(shè)計工作在不連續(xù)導通模式（DCM）下，DCM與CCM(連續(xù)導通模式)的傳遞函數(shù)是不相同的，所以，設(shè)計也不一樣。這里引入比例系數(shù)KRP作為DCM與CCM設(shè)計的區(qū)分，KRP為脈沖電流與峰值電流的比例系數(shù)。在DCM下，KRP=1。

已知參數(shù)根據(jù)具體應用的需求和電路特點確定，包含輸入電壓范圍Uimin～Uimax，輸出電壓Uo，輸出功率Po，工作頻率f，系統(tǒng)效率，最大占空比Dmax以及

根據(jù)已知參數(shù)可以計算出原邊的平均電流IAVG，峰值電流IP，初級電流有效值IRMS以及輸入功率Pin。

原邊電感LP通過原邊峰值電流Ip，輸入電壓最小值Uimin，開關(guān)管最大導通時間等變量來計算；負邊電感LS通過副邊電流、輸出電壓最大值以及開關(guān)管導通時間來計算。

式中，U'0為輸出電路中所有壓降，包括副邊開關(guān)壓降、線路壓降等。

匝數(shù)比n'是指變壓器原邊匝數(shù)與副邊匝數(shù)之比，同時還可以通過電參數(shù)計算出來。

式中：VOR為副邊反射到原邊的反射電壓；UDS為導通電壓；UDS1為副邊開關(guān)管或者整流管的導通電壓。

根據(jù)VOR來選擇原邊開關(guān)管MOSFET的擊穿電壓，即需要MOSFET的擊穿電壓要一定量的大于反射電壓，否則開關(guān)容易擊穿。

使用鐵氧體作為鐵芯，需要給鐵芯加上適當?shù)拈g隙，有兩個目的：a. 傾斜磁滯回線，使磁導率降低；b. 提高飽和安匝數(shù)，即防止磁芯飽和。間隙

式中：為飽和磁通密度；為磁通有效截面積。

結(jié)合本文的控制對象，鋰電池的單體電池電壓范圍為2.35～4.25 V，設(shè)計16個電池。

1.2.2 變壓器均衡flyback電路設(shè)計。

反激變換電路的設(shè)計除了上述的高頻變壓器的設(shè)計之外，還涉及到開關(guān)管的選型、濾波電容的選型等。

開關(guān)管在電壓等級不高且工作頻率比較高的場合，主要選擇MOSFET。而MOSFET的選擇首先要考慮的是電壓等級的選擇，所選擇的電壓等級一定要高于電路工作的最高電壓，否則會導致器件的擊穿損壞。對于反激變壓器中開關(guān)管電壓等級的選擇，可以根據(jù)上文變壓器設(shè)計中的計算值確定，即需要滿足

式中：VDSS是MOSFET的漏源極最大承受電壓，超過這個電壓就會器件擊穿；Uinmax為直流輸入最大電壓。

為了考慮一定的余量，通常會選擇MOSFET的VDSS比

另外，還需要選擇MOSFET的漏電流ID，需要滿足

式中，IP為原邊電流峰值。

同樣，為了留有余量，選擇相對IP較大的ID。

考慮到鋰電池的尖峰承受能力和電路損耗，反激變換電路的設(shè)計需要注意開關(guān)過程中產(chǎn)生的電流變化率dI/dt以及電壓變化率dV/dt的問題。所以，需要給電路加上緩沖電路，即常說的RCD吸收電路[9]，緩沖電路有關(guān)斷緩沖和開通緩沖之分。關(guān)斷緩沖主要是抑制關(guān)斷時電路中的dV/dt，減小了關(guān)斷電壓尖峰的同時，也減小了電路的關(guān)斷損耗；開通緩沖主要是抑制開通時電路中的過沖電流以及dI/dt，同時也減小了開通損耗。通過計算、實驗后設(shè)計的電路如圖3所示，輸入輸出濾波電容是為了控制電路的最小紋波，減小對電池影響。

圖3 flyback電路設(shè)計原理圖Fig.3 Design of the flyback circuit

對于副邊的開關(guān)管（Q1，Q2），如果只是采用變壓器均衡的至下均衡法，就無需使用MOSFET作雙向均衡，只需要使用一個快速整流二極管，電流參數(shù)必須要在允許范圍之內(nèi)，如Fairchild的 MUR860。

2 鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計

1995年，國際電工委員會（IEC）制定了關(guān)于電池管理系統(tǒng)的標準，需要包含的功能為：電池SoC的顯示；電池溫度以及高溫報警；電池老化信息；電池異常報警；檢測電池的關(guān)鍵數(shù)據(jù)如電壓、電流等[4]。根據(jù)上述的功能，本文的系統(tǒng)框圖如圖4所示。

本文設(shè)計的電池管理系統(tǒng)主要功能包括：電池組整體數(shù)據(jù)以及組內(nèi)單體電池數(shù)據(jù)采集、能量管理、電池組狀態(tài)估計、安全管理、通信與通信終端軟件監(jiān)控及數(shù)據(jù)顯示等。能量管理這里主要指鋰電池組的均衡管理。

圖4 鋰電池管理系統(tǒng)框圖Fig.4 Structure of the battery energy management system

2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

電池組關(guān)于電池的關(guān)鍵數(shù)據(jù)監(jiān)測以及剩余電量均通過電感均衡模塊中的專用控制芯片BQ78PL116完成，均衡管理由兩部分組成：電池包內(nèi)不一致均衡的電感均衡電路，以及電池包與包之間的不一致均衡通過變壓器均衡實現(xiàn)。專用芯片BQ78PL116與主控制芯片的通信是由SMBus實現(xiàn)，主控芯片與LCD顯示以及上位機監(jiān)控軟件均是通過串口實現(xiàn)。歷史數(shù)據(jù)的記錄通過上位機軟件與數(shù)據(jù)庫結(jié)合實現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及功能的要求，可以將系統(tǒng)的硬件分為6個部分設(shè)計，如圖5所示。

鋰電池管理系統(tǒng)主控使用DSP作為主控單元，主控單元的設(shè)計包括DSP最小系統(tǒng)的設(shè)計，確保DSP能夠正常工作。DSP外圍電路的設(shè)計，保證DSP內(nèi)部與外部的正常輸入輸出。

圖5 系統(tǒng)硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Design of the system hardware structure

變壓器均衡電路以及電感均衡電路均屬于均衡電路的設(shè)計。變壓器均衡電路為了實現(xiàn)電池包與包之間的均衡，采用flyback拓撲電路，這里涉及到高頻變壓器的設(shè)計、PWM驅(qū)動電路的設(shè)計、電路中尖峰電路的解決。因為，電池對電路尖峰比較敏感，大的電流電壓尖峰會對電池的壽命造成比較嚴重的影響。電感均衡電路為實現(xiàn)電池包與包之間的均衡，控制采用專用芯片BQ78PL116單獨包內(nèi)控制，所以，硬件的設(shè)計涉及到BQ78PL116的系統(tǒng)外圍設(shè)計、電感均衡電路的設(shè)計等。

通信與顯示電路采用SMBus實現(xiàn)了DSP與顯示電路LCD、上位機軟件以及專用芯片BQ78PL116的通信，將電池信息數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸。由于DSP沒有帶硬件SMBus接口，采用普通I/O口模擬SMBus的通信協(xié)議實現(xiàn)DSP與2塊BQ78PL116的通信。按照SMBus的協(xié)議接線規(guī)定，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，需要將電路?根傳輸線接連1 MΩ的上拉電阻，同時為了提高抗干擾性，在傳輸線上串聯(lián)了2個小電阻。具體硬件結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 SMBus通信接口電路Fig.6 Circuit of SMBus communication

從DSP硬件接口中，分別分配2組I/O作為2個ASIC BQ78PL116的SMBus通信接口。SMBusA的 CLK為 GPIOB8，DATA為 GPIOB9；SMBusB的CLK為GPIOB14，DATA為GPIOB15。另外，考慮到電池組串聯(lián)在一起，則2組SMBus的GND不能直接接過去。因為，對于分別管理的2個串聯(lián)在一起的電池包，其地信號并不是1個。所以，需要進行通信隔離，基本隔離電路可以采用光耦隔離。

充放電電路主要是控制充放電電路的開通與關(guān)斷，充放電是通過外圍的充放電機完成。

單體電池的參數(shù)信息都是通過專用芯片通信獲取，但是，在開啟均衡的時候，包電流并不能直接代表電池組的輸入電流，所以，需要單獨設(shè)計電池組電流采集電路，通過主控單元來實現(xiàn)電流參數(shù)的獲取。

2.2 系統(tǒng)軟件框架結(jié)構(gòu)

電池管理系統(tǒng)的整體軟件流程如圖7所示，整體結(jié)構(gòu)有3大模塊：DSP程序設(shè)計流程、ASIC控制流程和上位機軟件流程。DSP程序為主控程序，另外兩大模塊分別被歸納為輸入、輸出數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)。從整體結(jié)構(gòu)看，專用芯片BQ78PL116控制的電感均衡除了均衡功能之外，還為整個系統(tǒng)提供電池包以及電池組中每個單體電池的數(shù)據(jù)信息，然后以數(shù)據(jù)的形式通過SMBus通信傳給主控制芯片DSP。另一個模塊也被歸納為數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)，因為，上位機軟件的主要功能是將從下位機傳送過來的數(shù)據(jù)作曲線顯示以及數(shù)據(jù)庫的存儲備份，所以，同樣主要功能是數(shù)據(jù)的流入流出功能。

DSP流程只有開始沒有結(jié)束，本文認為，作為CPU，從整體流程上講，從上電開始程序就是一個死循環(huán)，是對各個功能不停跑的過程，除非斷電。如果斷電，則會在任何程序點隨時停止，鑒于上述原因，本文沒有給出結(jié)束標志。DSP上電開始之后，首先需要初始化；接著是對電池組相關(guān)數(shù)據(jù)信息的獲取，即通過SMBus從電池管理系統(tǒng)ASIC獲取，將數(shù)據(jù)上傳并顯示；然后是數(shù)據(jù)的分析，即對各個電池狀態(tài)的把握。如果出現(xiàn)異常情況，則啟動保護電路，否則判斷是否啟動包包均衡，包內(nèi)均衡由ASIC單獨控制，主控需要做的是對包包均衡的控制，若需要控制則開啟flyback電路的PWM啟動控制，接著電路不停地處于循環(huán)中，一旦均衡結(jié)束將會停止包包均衡。現(xiàn)對主流程中幾個主要模塊的流程分別進行說明。

3 均衡對比實驗與分析

現(xiàn)以8個鋰電池的串聯(lián)電池組為控制對象，單體電池標稱3.7 V，4 200 mA·h，將4個電池打為一包，包內(nèi)采用電感均衡，并由專用芯片BQ78pl116控制，通過SMBus通信將數(shù)據(jù)傳給控制器，再由控制器分析是否開啟包與包之間的均衡，即變壓器均衡，實驗的混合主動均衡法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。對應實驗的純電感均衡電路采用專用芯片BQ78pl116控制。在同樣條件下對混合主動均衡法與純電感均衡予以靜止、充電以及放電實驗。4個電池1包，8個電池一共2包，PACK1中為電池 1～4號，PACK2中為電池5～8號，按照序號串聯(lián)在一起，1號負極與電池組負端連接，8號正極與電池組正端連接。將電池組配置為1～4號電池電壓一致，5～8號電池電壓一致，兩包包電壓不一致，PACK2包電壓低于PACK1，也就是5～8號電池電壓均小于1～4號。

3.1 電池組靜止均衡對比實驗與分析

為了作均衡對比實驗，人為地制造電池組中電池電壓的不一致，將8個電池2個電池包的包電壓利用包各自充放電成不一致，但是，包內(nèi)4個電池的電壓還保持一致。如圖8所示，PACK1的電壓設(shè)為15.882 V，PACK2的電壓設(shè)為15.409 V。電感均衡即包內(nèi)均衡，允許單體電池的壓差為5 mV。在同樣的包電壓初始條件下，分別做混合主動均衡法即變壓器與ASIC控制電感均衡的均衡實驗和只有ASIC控制電感均衡的均衡實驗?；旌现鲃泳獾撵o止條件下的均衡結(jié)果如圖9所示（見下頁），純電感均衡在同樣條件下的均衡結(jié)果如圖10所示（見下頁）。

圖8 混合主動均衡實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.8 Structure of the hybrid active balance circuit test system

兩種方法在同樣的條件下進行實驗。PACK1 包 含 Cell1～ 4， 即 曲 線 電 壓 1～ 4，PACK2包含Cell5～8，即曲線電壓5～8。將單體電池電壓的起始電壓以及均衡結(jié)束電壓列于表1（見下頁）。

圖9 混合主動均衡法靜止均衡實驗Fig.9 Hybrid active balance tests in static state

圖10 電感均衡法靜止均衡實驗Fig.10 Inductance balance tests in static state

表1 靜止均衡對比實驗相關(guān)數(shù)據(jù)Tab.1 Data of the static balance testsmV

結(jié)合圖形與數(shù)據(jù)分析，在表1的初始單體電壓下，將2包電池電壓均衡到一起，電感均衡采用100 mA，均衡電流需要45 625 s，而結(jié)合變壓器均衡與電感均衡的混合主動均衡法只需要1 4280 s。結(jié)合上文的計算分析，混合主動均衡與電感均衡完成時間之比Kt=Tm/Ti=0.3，則可知，Wm=1.89KtWi=0.59Wi?；旌现鲃泳馔瓿删庀牡哪芰縒m只有電感均衡消耗能量Wi的59%?？梢娀旌现鲃泳庠诰庑室约皶r間方面的優(yōu)勢。最后，完成均衡的總電壓也證明了這點，電感均衡最后單體電壓平均值為3.871 5 V，而混合主動均衡最后均衡到一致的平均電壓約為3.894 V，相對電感均衡單體電壓平均值高了22.3 mV。

靜止均衡實驗表明，混合主動均衡法較電感均衡法均衡時間短、均衡效率高，彌補了電感均衡在電池相距較遠時均衡時間長以及效率低的缺點，同時也吸收了變壓器均衡法直接高效的優(yōu)點以及電感均衡在少量電池時均衡效率高的優(yōu)點。

3.2 電池組放電均衡對比實驗與分析

為了進行放電條件下2種均衡法的對比實驗，人為地制造電池組中電池電壓的不一致，然后再進行均衡實驗。將8個電池2個電池包的包電壓利用包各自充放電成不一致，但是，包內(nèi)4個電池的電壓還保持一致，PACK1的電壓設(shè)為17.604 V，PACK2的電壓設(shè)為15.794 V。電感均衡即包內(nèi)均衡允許單體電池的壓差為5 mV。在同樣的包電壓初始條件下，分別進行混合主動均衡法即變壓器與ASIC控制電感均衡結(jié)合的放電均衡實驗和只有ASIC控制電感均衡的放電均衡實驗。為了能夠在放電結(jié)束前看到均衡到一起，選擇比較小的放電電流，為100 mA?；旌现鲃泳獾?00 mA放電條件下的均衡結(jié)果如圖11所示，ASIC控制的純電感均衡在同樣條件下的放電均衡結(jié)果如圖12所示。

圖11 混合主動均衡法100 mA放電均衡Fig.11 Hybrid active balance tests at 100 mA discharge

圖12 電感均衡法100 mA放電均衡Fig.12 Inductance balance tests at 100 mA discharge

2種方法的實驗單體電池初始電壓接近一致，PACK1包含的單體電池為Cell1～4，即曲線電壓1～4，PACK2包含電池 Cell5～8，即曲線電壓5～8。將單體電池電壓的起始電壓以及均衡結(jié)束電壓列于表2。

實驗數(shù)據(jù)分析表明，在同樣的初始電壓以及放電條件下，電感均衡需要的時間為35 500 s，而混合主動均衡法的放電均衡的時間只有10 572 s，時間只有電感均衡的大致1/3?；旌现鲃泳夥ň馄骄妷簽?.919 V，而電感均衡法平均電壓為3.778 V。

表2 100 mA放電均衡對比實驗相關(guān)數(shù)據(jù)Tab.2 Data of two balance tests at 100 mA discharge mV

圖13 混合主動均衡法100 mA充電均衡Fig.13 Hybrid active balance tests at 100 mA charge

對于電感放電均衡，如果在均衡一致之間，那么，長的均衡時間可能會導致在未均衡到一起時就達到了單體電池的放電保護電壓，則間接地減小了整個電池組的放電容量。從均衡時間以及電池組的整體放電容量的角度來看，在放電條件下，混合主動均衡法吸收了電感均衡的優(yōu)點（如包內(nèi)始終一致），同時放點均衡時間短，因而比電感均衡更具優(yōu)勢。

3.3 電池組充電均衡對比實驗與分析

為了進行充電條件下2種均衡法的對比實驗，PACK1的電壓設(shè)為14.703 V，PACK2的電壓設(shè)為14.380 V。電感均衡即包內(nèi)均衡允許單體電池的壓差為5 mV。在同樣的包電壓初始條件下，分別進行混合主動均衡法即變壓器與ASIC控制電感均衡的充電均衡實驗和只有ASIC控制電感均衡的充電均衡實驗。為了能夠在充滿電前看到均衡到一起，選擇比較小的充電電流，為100 mA?；旌现鲃泳獾?00 mA充電條件下的均衡結(jié)果如圖13所示，ASIC控制的純電感均衡在同樣條件下的充電均衡結(jié)果如圖14所示。

2種方法的實驗單體電池初始電壓接近一致，PACK1包含的單體電池為Cell1～4，即曲線電壓1～4，PACK2包含電池 Cell5～8，即曲線電壓5～8。將單體電池電壓的起始電壓以及均衡結(jié)束電壓列于表3（見下頁）。

圖14 電感均衡法100 mA充電均衡Fig.14 Inductance balance tests at 100 mA charge

表3 100 mA充電均衡對比實驗相關(guān)數(shù)據(jù)Tab.3 Data of two balance tests at 100 mA charge mV

實驗數(shù)據(jù)分析表明，在同樣的初始電壓以及充電條件下，電感均衡最終將電壓都均衡到一起需要的時間為19 375 s，而混合主動均衡法的將電壓都均衡到一致的時間只有5 184 s，時間只有電感均衡的將近1/4?；旌现鲃泳夥ň獾揭黄鸬钠骄妷簽?.685 V，而電感均衡法最后均衡到一起的平均電壓為3.792 V。對于電感放電均衡，如果在均衡一致之間，那么，長的均衡時間可能會導致在未均衡到一起時就達到了單體電池的充電保護電壓，則間接地減小了整個電池組的充電容量。從均衡時間以及電池組的整體充電容量的角度來看，在充電條件下，混合主動均衡法吸收了電感均衡的優(yōu)點，同時放電均衡時間短，因而比電感均衡更具優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

研究了鋰電池組管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，設(shè)計了電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，包括變壓器均衡電路的設(shè)計、電感均衡硬件電路的結(jié)構(gòu)、主控硬件電路的設(shè)計、充放電電路情況以及電池組電流采集電路設(shè)計，包括了高頻變壓器的設(shè)計、flyback電路以及專用ASIC BQ78PL116的獨特功能與配合電感均衡的硬件工作結(jié)構(gòu)。設(shè)計了DSP最小系統(tǒng)、通信電路與電池管理軟件系統(tǒng)。通過系統(tǒng)實驗，分別在靜止狀態(tài)、放電狀態(tài)以及充電狀態(tài)下進行實驗比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混合主動均衡結(jié)合了變壓器均衡直接高效的優(yōu)點以及電感均衡相鄰電池之間轉(zhuǎn)移高效的優(yōu)點。

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