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锂电池组的主动电荷平衡

发布时间:2011-5-7 点击:2607 字体大小: 返回

电池系统架构

多年以来,镍镉电池和随后出现的镍氢电池技术一直占据市场主导地位。锂电池只是最近几年才进入市场。然而,凭借其突出的优越性能,其市场份额迅速攀升。锂电池具有惊人的蓄能容量,但单个电池的电压和电流都太低,不足以满足混合动力电机的需要。为增加电流需将多个电池并联起来,为获得更高的电压,则要把多个电池串联起来。

电池生产商通常以类似“3P50S”字样的缩写词来描述电池的排列方式,“3P50S”代表3个电池并联和50个电池串联。

对于有多个电池串联而言,模块化结构是电池管理的理想选择。例如,将多达12个电池串联起来,组成3P12S阵列中的一个电池块(block)。这些电池的电荷由一个带有微处理器的电子电路进行管理和平衡。电池块的输出电压由串联电池的数量和电池电压决定。单个锂电池的电压一般介于3.3~3.6V之间,因此相应电池块的输出电压介于30~45V之间。

混合动力汽车驱动需要450V左右的直流电源电压。为了补偿因荷电状态不同而引起的电池电压差异,在电池组和电机驱动装置之间连接一个DC/DC转换器。该转换器还可限流。

为使DC/DC转换器达到最佳工作状态,电池组的电压应保持在150~300V之间。为此,需要将5~8个电池块串联在一起。

平衡的必要性

一旦电压超出允许范围,锂电池很容易被损坏(见图1)。如果超出电压的上限和下限(例如,nanophosphate锂电池的电压上限和下限分别为3.6V和2V),电池就可能会受到不可逆的损坏,至少也会增加电池的自放电率。在相当宽的荷电状态范围内,输出电压可以保持稳定,因此正常情况下超出安全范围的可能性比较小。但是,在接近安全范围上限和下限的区域,变化曲线非常陡峭。作为预防措施,仔细监测电压水平非常必要。

 
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