適用于混能及全電動汽車的電池管理系統(tǒng)設(shè)計方案

混能及全電動汽車廣受市場歡迎，其增長率更是一直大幅飆升，因此顯示汽車電動化的發(fā)展即將進入另一個嶄新的階段。
　　對于電動汽車來說，電池組是車內(nèi)最昂貴而穩(wěn)定性又最成疑問的組件。高性能的電池管理系統(tǒng)可為混能及全電動的汽車提供一個理想的解決方案，解決電池組電量不足的問題。正如Chevy Volt 的設(shè)計團隊所言：“我們的工程師在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)采用電池管理系統(tǒng)可大幅延長電池壽命，確保電池能充分發(fā)揮其性能。換言之，電池管理系統(tǒng)是解決電池問題的關(guān)鍵?！?br /> 　　被動平衡解決方案及其相關(guān)問題
　　電池管理系統(tǒng)的設(shè)計要面對許多問題，諸如大量串聯(lián)的小電池的充電問題以及如何確保電池組內(nèi)每一枚小電池都不會過量充電等。鋰電池對于過壓情況極為敏感，過壓會降低電池性能，甚至?xí)铍姵貒乐厥軗p，無法再用。不同的電池各有不同的性能參數(shù)，因此性能也各不相同。此外，每次重新充電前，不同的電池也各有不同的殘余電荷，因此部分電池會較快充滿電，以致這些電池會因為出現(xiàn)過壓而嚴重受損，無法再次使用。
　　目前有一個方法可以確保電池組內(nèi)的所有小電池都能充滿電，即將電流分流至旁路電阻，稱為被動平衡方法。該方法可將不需要的充電電流分流至電阻，讓電阻耗散這些電流，以免電池過量充電。這個功率耗散功能可將電池分流出來的電流限定在某一范圍內(nèi)。
　　被動平衡方法無法在電池放電時發(fā)揮作用，因此必須尋求其他辦法。
　　即使電池組內(nèi)的不同小電池之間取得高度的平衡，其儲電量也是不盡相同。這個現(xiàn)象稱為儲電量失衡。即使不同小電池的儲電量在開始時完全相同，但由于部分小電池的內(nèi)部損耗較大，因此到后來它們的實際儲電量也會各不相同。此外，同一廠商生產(chǎn)的小電池都各有不同的性能參數(shù)，因此廠商通常會嚴格挑選參數(shù)差距最少的小電池放在同一電池組內(nèi)。但整個測試過程需要花費較多時間，而且不合格的小電池會被篩出，這樣會增加廠商的成本負擔。隨著電池老化，其儲電量也會相應(yīng)遞減，令各小電池的參數(shù)差距進一步擴大。加上電池組內(nèi)不同的小電池各有不同的溫度梯度，因此小電池的老化程度也各不相同。熱量管理技術(shù)可以在電池平衡方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，但引進這種技術(shù)會大幅增加成本。
　　實際儲電量較低而且呈“弱勢”的小電池承受最大的放電壓力，因此耗電最快，令其充電量比其他強勢電池少。經(jīng)過一段時間的使用之后，這類“弱勢”的小電池會較快老化，儲電量的跌幅也較大。換言之，這些小電池的壽命會更短，整個電池組的壽命也會因此而縮短。
　　主動平衡的解決方案
　　主動平衡方法可以解決鋰電池所面對的問題。主動平衡系統(tǒng)無需先將電池電流分流，然后再將電流耗散，其優(yōu)勝之處是可以通過直流/直流轉(zhuǎn)換器將電荷傳送至電池組內(nèi)的小電池。無論小電池處于充電、放電還是空閑狀態(tài)，都可傳送電荷，而各小電池之間也可經(jīng)常保持平衡。由于主動平衡方法的電荷傳送效率極高，因此可以提供較高的平衡電流，令電池組內(nèi)各小電池可以更快地達到平衡，而且充電速度也更高，這是被動平衡方法所無法做到的。
　　空閑的電池也會漏電，而且即使不同的小電池之間已達到完全平衡狀態(tài)，由于溫度梯度不同，令各小電池的內(nèi)部漏電速度各不相同，以致電荷漏失率也各不相同。電池溫度每升高10 ℃，漏電率便上升一倍。主動平衡功能可以確保空閑的小電池不斷重新尋求平衡。不同小電池之間必須經(jīng)常保持平衡才可充分利用電池組內(nèi)的所有儲電。
　　圖1顯示了主動平衡方法相比被動平衡方法的優(yōu)勢。由于電池各有不同的儲電量，采用被動平衡方法，電池組的總儲電量相等于充電時的最高和最低儲電量之間的差額。
　　
　　整個電池組可以不斷放電，直至某一小電池的儲電量已降至其最低水平為止，此時其他小電池還有未用的殘余電能，因此電池組的實際儲電量（充電量）會減少。