混合動(dòng)力車(chē)用電池均衡電路控制與設計

　　C 為均衡容量， Ie qu為均衡電流， t為均衡時(shí)間，其中Iequ =Ud/R， Ud 為單體電壓值， R 為放電電阻。

　　通過(guò)電阻R 把單體電池中的充電電流進(jìn)行分流， 電壓較高的電池通過(guò)電阻R 耗能向電壓較低的電池靠攏。在均衡過(guò)程中， 均衡電流Iequ并不是恒定的值， 它將隨電池端電壓的下降而減小。但由于均衡電流較小， 一般在100mA 以?xún)龋?因此可以認為Iequ是近似恒定的， 并通過(guò)近似計算得到均衡時(shí)間。例如， 一塊電池需要均衡的容量為0. 4Ah， 均衡放電電阻100Ω， Ud 為4V， 那么均衡時(shí)間：

　　由此可見(jiàn)， 電路的計算和控制較為簡(jiǎn)單， 不需要復雜的能量存儲和轉移過(guò)程， 且均衡時(shí)間容易掌握，具有實(shí)際應用價(jià)值。

　　4 均衡電路設計

　　對電池進(jìn)行均衡控制的硬件組成主要有MCU控制單元， 電池監控IC， 均衡電路， 以及電源電路，溫度模塊， 風(fēng)扇控制電路等。電路結構圖如圖2所示， 電池監控IC 采集各單體電池端電壓， 并實(shí)時(shí)向MCU 發(fā)送數據。上位機通過(guò)CAN 總線(xiàn)與監控IC通信， 將數據實(shí)時(shí)顯示。溫度模塊采用智能化溫度傳感器， 它把溫度傳感器， 外圍電路， A /D 轉換器，微控制器和接口電路集成到一個(gè)芯片中， 對電池進(jìn)行溫度測量、溫度控制并與MCU 進(jìn)行數據通訊。

　　圖2 均衡電路硬件結構框圖。

　　5 均衡控制策略的制定

　　通過(guò)平衡電壓來(lái)平衡容量的均衡方法在控制時(shí)應兼顧以下幾點(diǎn)：

　?。?1）均衡放電電阻R 的選取。均衡電路工作時(shí)， 能量高的電池會(huì )通過(guò)放電電阻以熱能的形式釋放掉， 如果此時(shí)電阻溫度過(guò)高， 可能會(huì )造成電路熱失控， 存在安全隱患， 因此， 電阻的值不能過(guò)小; 另一方面， 均衡電流直接決定了均衡時(shí)間， 如果均衡電流過(guò)小， 會(huì )使均衡時(shí)間過(guò)長(cháng)， 達不到均衡要求， 而均衡電流的大小是由放電電阻決定的， 電阻值越大均衡電流越小， 因此， 電阻值又不能過(guò)大。綜上， 電阻值能否適當選取是均衡效果的關(guān)鍵。

　?。?2）均衡電壓閾值（ a） 的設定。電壓閾值的大小直接決定了均衡電路啟動(dòng)及關(guān)閉的時(shí)刻， 若電壓閾值設的過(guò)大， 會(huì )導致均衡時(shí)間過(guò)短， 均衡效果不明顯， 達不到要求， 電壓閾值設的過(guò)小， 則均衡時(shí)間過(guò)長(cháng)， 不但白白消耗了能量， 且對電池組各電池有害無(wú)益。因此， 需要從電池容量不一致所表現的充放電特征分析， 并結合混合動(dòng)力車(chē)的應用情況來(lái)設置均衡閾值。

　?。?3）均衡模塊的啟動(dòng)和關(guān)閉。在初始上電后，MCU 定時(shí)檢測電池組各單體電壓， 一旦超過(guò)閾值則對需要均衡的單體閉合開(kāi)關(guān)， 進(jìn)行放電， 其余單體的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。之后MCU 會(huì )定時(shí)判斷單體電壓， 重新判斷是否符合均衡條件。如果單體的電壓一致性回到閾值內， 則所有均衡回路的開(kāi)關(guān)管均斷開(kāi)， 均衡終止。