摘要：為了解決動(dòng)力鋰離子電池組使用中的一致性問題，本文提出了一種均衡充電管理電路的實(shí)現(xiàn)方法。首先分析了單體鋰離子電池的特性;然后在比較各種均衡充電理論的基礎(chǔ)上，選擇部分分流法作為設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行具體電路設(shè)計(jì)。多次鋰離子電池組充放電實(shí)驗(yàn)表明，該均衡充電管理電路能有效改善電池組充電的一致性，提高電池組工作性能，延長(zhǎng)使用壽命。

隨著國(guó)際原油價(jià)格飛漲，各種新型能源的研究成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。電能作為動(dòng)力能源已經(jīng)在各種車輛上得到廣泛應(yīng)用。鋰離子電池以具有較高的能量質(zhì)量比和能量體積比，無(wú)記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電次數(shù)多，使用壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)成為動(dòng)力電能的首選。

作為一種新型動(dòng)力技術(shù)，鋰離子電池在使用中必須串聯(lián)才能達(dá)到使用電壓的需求，單體性能的參差不齊并不全緣于電池生產(chǎn)技術(shù)問題，即使每只電池出廠時(shí)電壓，內(nèi)阻完全一致，使用一段時(shí)間以后，也會(huì)出現(xiàn)差異，這使得解決動(dòng)力鋰電池充電技術(shù)問題成為迫切要解決的技術(shù)問題。本設(shè)計(jì)在充分考慮工業(yè)成本控制和穩(wěn)定性要求的基礎(chǔ)上，采用能耗型部分分流法對(duì)動(dòng)力鋰離子電池充電進(jìn)行均衡管理，改善了電池組充電的不平衡性，提高了工作性能。

1鋰離子電池組充電方法選擇

1.1單節(jié)鋰離子電池充電要求

對(duì)單節(jié)鋰離子電池的充電要求(GB/T18287-2000)首先是恒流充電，即電流一定，而電池電壓隨著充電過程逐步升高，當(dāng)電池端電壓達(dá)到4.2V(4.1V),改恒流充電為恒壓充電，即電壓一定，電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過程的繼續(xù)逐步減小，當(dāng)減小到10mA時(shí)，認(rèn)為充電終止，充電曲線如圖1所示。

圖1鋰離子電池充電曲線

1.2鋰離子電池組充電特性

在動(dòng)力鋰電池組中由于各單體電池之間存在不一致性。持續(xù)的充放電循環(huán)導(dǎo)致的差異，將使某些單體電池的容量加速衰減，串聯(lián)電池組的容量是由單體電池的最小容量決定的，因此這些差異將使電池組的使用壽命縮短。造成這種不平衡的重要原因有：

●電池制作過程中，由于工藝等原因，同批次電池的容量、內(nèi)阻等存在差異;

●電池自放電率的不同，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間積累，造成電池容量的差異;

●電池使用過程中，使用環(huán)境如溫度、電路板的差異，導(dǎo)致電池容量的不平衡。

1.3充電方法選擇

為了減小不平衡性對(duì)鋰離子電池組的影響，在充電過程中，要使用均衡電路。

目前關(guān)于鋰離子電池組進(jìn)行均衡管理的方法重要有2種，能耗型和回饋型。能耗型是指給各個(gè)單體電池供應(yīng)并聯(lián)支路，將電壓過高的單體電池通過分流轉(zhuǎn)移電能達(dá)到均衡目的。回饋型是指通過能量轉(zhuǎn)換器將單體之間的偏差能量饋送回電池組或電池組中的某些單體。

理論上，當(dāng)忽略轉(zhuǎn)換效率時(shí)，回饋不消耗能量，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡。但由于回饋型設(shè)計(jì)控制方法復(fù)雜，制造成本較高，本充電器采用能耗型設(shè)計(jì)。

能耗型按能量回路處理方式又可以分為斷流和分流。斷流指在監(jiān)控單體電壓變化的基礎(chǔ)上，滿足一定條件時(shí)把單體電池的充電回路斷開，充電電流完全通過旁路電阻。通過機(jī)械觸點(diǎn)或電力電子部件組成的開關(guān)矩陣，動(dòng)態(tài)改變電池組內(nèi)單體之間的連接結(jié)構(gòu)。而分流并不斷開工作回路，而是給每只電池新增一個(gè)旁路電阻，當(dāng)某單體電池高于組內(nèi)其他電池時(shí)，將充電電流的全部或一部分導(dǎo)入旁路電阻。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)單體電池的均衡充電。由于動(dòng)力鋰離子電池組功率較大，在綜合考慮充電效率，熱管理等方面因素之后，我們使用部分分流法為充電器的設(shè)計(jì)方法。