1、BMS目的：克服電池不一致帶來的嚴重影響。在電池使用中，人們強烈地提出了對電池進行均衡的要求。為此，近十幾年來，許多電池管理系統(tǒng)(BMS)的研發(fā)者，采用了各種各樣的方法來進行電池的均衡。歸納起來有以下幾種方法：(1)分流法，也叫旁路法。原理：在電池充電時，當某一電池的充電電壓超過設定值時，通過并聯(lián)在該電池的電阻分流該電池的一部分電流，從而達到降低該電池充電電壓的目的。原理圖 1:EiEn囹1即確行塞喇閽 R1、圖中，E1、 體電池的充電電壓，R為單體電池并聯(lián)的電阻。過電池的電流，IR是流過并聯(lián)電阻R的電流。RbiRn為單體電池的內阻，U1、UiiUn為單UC是總充電電壓，I是總充電電流，Ib是

2、流 設三E為各單體電池電動勢之和，E R為各單體電池并聯(lián)電阻之和這種方案，結構復朵，體積大，分流時發(fā)熱量大，通用性差。均衡電電流不宜過大。！(2)切斷法充電時，當某一電池的充電電壓超過設定值時，通過自動控制開關該電池的電路。等效電路圖如圖2:當電池i的充電電壓超過設定值時，開關 Ki1打開，Ki2合上。電池i斷路, 電流IKi從Ki2流過IKi圖2搠斷法醐颯、電壓會下降一個電池的電壓這種方法只能防止電池過壓充電，沒有均衡作用。其次，它所用的切斷開關的 負載能力，隨電池容量增加而加得很大，不宜采用。(3)并聯(lián)法所謂并聯(lián)法，就是把電池按先并后串的連接方式使用。這也是一些電池生產(chǎn)廠家和 電池的使用者

3、，企圖利用一些小容量電池組成大容量、高電壓電池組所采用的方法這種方法的等效電路原理圖如圖3所示:1）當整個串聯(lián)電耐 3JW法等效原理圖電動勢不一致的電池并聯(lián)時，電動勢高的電池會向電動勢低的電池充電，一直 延續(xù)到各電池的電動勢相同，各電池電流接近零為止。所以，并聯(lián)使用的電池，只 要它們的電壓有差異，隨時都可以在并聯(lián)組內自動均衡。因為充放電時要損失能量, 所以均衡后電池組的電動勢總要小于平均電動勢，這會使串聯(lián)的各電池組之間的一 致性變壞。2）整個串聯(lián)電池組閉合時電池的電動勢為零，且其內組也為零時，流過這個電池的電流是其它兩個電池的外 部短路電流和串聯(lián)回路電流之和，電流很大，溫度很高，很容易使這個電

4、池著火燃 燒。但是電池的電動勢和電池的容量平衡不了。各電池的容量和內阻有差別時，各 電池的充、放電電流就不一樣。內阻高，電流小。內阻低，電流大。這樣又會引起 各電池容量的不一致。容量不一致，又會引起電池電壓的不一致。因而又會引起高 電壓電池向低電壓電池充電的循環(huán)過程。但是，我們知道電池充放電過程是要損失 能量的。因此，并聯(lián)電池自動平衡的結果，又會使各并聯(lián)組之間的一致性變壞。電 池并聯(lián)后，無法測量各單體電池的電壓，因而就無法實施對電池組中各單體電池的監(jiān)控?？梢姡貌⒙?lián)法是無法實現(xiàn)電池組電池的均衡效果的。（4）能量回收法：在充電時，當某一電池的充電電壓超過設定值時，通過升壓器（如陶瓷變壓器）或儲能

5、器件（如電容器），把該電池的部分能量送回充電回路，從而達到既降低該 電池的充電電壓，又能回收能量的目的。圖 4是其等效電路原理圖。這種方法存在上述、種方法的弊端，所以也不適宜用它去進行電池的均衡?！埃ǔ潆娫妷海┴癛i升壓器Ei沁升壓器，T E r Rn升壓器90%在時充電量| El RlEi REnRn f左右。此同 或當 電到 池容的主充電器Ki圜強即回收法等效原理圖輔助充電視輔助充電法的等效電路原理圖如圖5所示充電原理:在充電時，用一個主充電器對串聯(lián)的電池組進行充電，具充電電流約占總充電的 圖5輔助充電法等效原理圖Uc （充電總電壓）5做充電器輔助充電器輔助充電器1- 1 %-T Hj一

6、 十K1 * K1 一 十480%- 90%寸，啟動輔助充電器（合上開K）,對一個個電池單獨進行輔助充電。當某一電池的充電電壓達到設定值時，就減小或停止（打開開關K）對該電池進行輔助充電。一直到所有電池的充電電壓都達到設定值，總的充電電流減小到設定的最小充電電流時，才停止主充電器和輔助充電器的充電。這種方法是國外一家公司開發(fā)的產(chǎn)品。但是，實際上很難達到予想的均衡效果。主要原因是輔助充電器的調節(jié)能力有限，因為輔助充電器不能做得很大，滿足 不了調節(jié)的要求。再說這種方法結構復朵、體積大、造價高、適應性小，所以， 輔助充電法也不宜推廣使用。單充法所謂單充法，就是一個個電池或一組組電池單獨充電，每一個（

7、組）電池分別控制。如圖6所示Uc （電?也組總電壓）E）島充電器1UiUi-r充、放電均指費普充電法等效原理圖為了充分利用每個蓄電池所儲備的能量，有些電池管理系統(tǒng) （BMS）的專家專門研發(fā)出一種電池管理系統(tǒng)（BMS）,在充放電時，經(jīng)常檢測各單體電池的電壓，當單體電池電壓差達到設定值時，就把高電壓電池的部分能量轉移到低電壓電池上去，使得在充電時每個電池都能充滿，放電時每個電池的剩余能量大致相同 電池能量轉移的方法與能量回收法大體相似。顯然，這種方法的弊端，與上述能量回收法的弊端大體相同，同時它違 背了淺充淺放的蓄電池最佳使用原則。與全充全放相比，淺充淺放對電池的使用壽命至少可以提高1.5倍。所以

8、沒有必要用這種充、放電均衡裝置去進行電池的均衡。F面幾種方法是非損耗均衡方法比較常用的方法:(8)開關電容法：開關電容法是在每兩個相鄰的蓄電池之間通過開關器件與一個電容并聯(lián)，如圖2所示。通過器件驅動信號 PWM的占空比實現(xiàn)相鄰兩個電池之間能量的傳遞。例如若蓄電池單體容量B1高于B2,G1開通G2關斷時，電容 C1和電池單體B1并聯(lián)，B1將能量傳遞給C1；G1關斷G2開通時，電容C1和電池單體B2并聯(lián)，C1將能量傳遞給B2,完成這個周期內的能量傳遞。以此類推，通過控制開關器件的開通與關斷，利用電容實現(xiàn)能量的逐個傳遞。這種方法損耗很屈,71W聊WlWWfe:.由于沒有傳感器，當有異常情況時可靠性不

9、能保證：.只能實現(xiàn)電壓均衡，無法做到 SOC勻衡；.均衡的效率較低，不適合于大電流充電時的快速均衡。.相鄰電池電壓差很小時，均衡時間將非常長。(9)飛渡電容法 飛渡電容器電壓均衡電路主要由飛渡電容器 Cf、開關網(wǎng)絡S、電壓檢測單元及微機控制系統(tǒng)共5部分，組成如圖8所示。微機控制系統(tǒng)通過電壓檢測單元實時檢測每支超級電容器的工作電壓，選出當前工作周期內工作電壓最高的電容器Cma冰口工作電壓最低的電容器Cmin。在下一個工作周期內，開關 S1閉合、S2斷開，電流I1從 Cma烯出經(jīng)過S1、Cf形成回路LOOP 1Cf充電，Cma電。當Cf的電壓接近于 Cmax 的電壓時，開關S1斷開，開關S2閉合，

10、電流I2從Cf流出經(jīng)過S2、Cmin形成回路 LOOP2 Cmin充電，Cf放電。當Cf的電壓接近于Cmin的電壓時，開關S2斷開，S1 閉合。多次重復上述過程后，Cma冰口 Cmin之間的電壓差就會越來越小，最終實現(xiàn)超 級電容組的電壓均衡。ci壓測電n土壓測電檢I -c微控系壓測電檢（10） DC-D嚷流器8#渡電谷法等效原理圖利用電力電子的方法進行均衡，按結構可分為集中式和分布式。從理論上講沒有損耗，是現(xiàn)在電池均衡研究的主流方向。1 ）雙向DC-DC 變流器法：該方法每個蓄電池單體都連接一個雙向DCDC變流器后再串聯(lián)，如圖9所示。由于蓄電池單體電壓等級比較低，一般情況下將蓄電池單體作為低壓

11、側。在給蓄電池組充電時，根據(jù)圖10的控制策略，可以實現(xiàn)對每個蓄電池單體的恒壓充電，如果將該控制策略的電壓外環(huán)打開，可以根據(jù)均衡的需要進行恒流充放電控制。在放電時，如果連接負載較重，有些雙向 DC-DC變流器的電感可能工作在斷續(xù)狀態(tài)。圖9雙向DC-DC變流器法結構圖圖10蓄電池單體恒壓充電控制框圖這種均衡方法可以同時對所有電池單體進行充放電，并針對不同電池單體的容量情況控制充放電電流。此方法控制靈活，充放電均衡時間短。但由于每個蓄電池單體都需要一個雙向DC-DC變流器，因此成本較高。DOD2）根據(jù)均衡的時段可以分為充電均衡和放電均衡。在有些場合的應用下（通常是DOD 不是非常深的情況下），可以不

12、使用放電均衡。由于在電動汽車的應用上，通常都要超過80%為避免單個電池的過放而保護，再充電和放電狀態(tài)下均加入均衡功能實際應用中，車載電池放電電流要遠遠大于充電電流，放電電流能達到1C,最大甚至能達到3C,要想做這么大電流的均衡會造成均衡器的性價比很低，所以我們選擇的時候按照車輛勻速30KM/H的速度行使時的放電電流來計算均衡電流。在此處我們 選擇的均衡電流為3A。大名勺為10%勺放電電流。根據(jù)均衡器處理能量的可能流向分單向和雙向均衡，雙向型使用雙向變換器，輸入輸出方向動態(tài)調整。比較而言上雙向型更M勢，基于均衡效率考慮，單向型均衡器,soc Soc0使用to CI自組高壓到單體低壓的變換器適用于

13、放電均衡，使用自單體低壓到組高壓的逆變器適合充 電均衡電池電量SOC勺估算方法、意義：SOO電動車輛運行過程中非常重要的參數(shù)。對于純電動車輛，SO噴據(jù)是防止電池過充和過放的主要依據(jù)，只有準確估算電池組的SOCt能有效提高純電動車輛的利用效率、保證電池 組的使用壽命、優(yōu)化駕駛，只有提供了準確的 SoG才能起到延長電池的使用時間。、定義:SOC=W余可用電量 二的可用電量三、目前常用的電池電量估算方法：1）安時法（電量累計法）通過累積電池在充電或放電時的電量來估計電池的 SOC并根據(jù)電池的溫度、放電率對 SOC8行補計算方法：式子中SOCOfc出示SOC C為電池額定容量，I為充放電電流，為充放電

14、效率。優(yōu)點：簡單，在短時間能夠準確估算 SOC缺點：開環(huán)預測，存在無法確定初始 SOCffi累計誤差越來越大的問題。2）開路電壓法通過實驗方法描述在不同放電電流情況下的電池的端電壓與電池的剩余能量的關系曲線，并存儲特征關系曲線。實時采樣電池放電時的端電壓，查表求出電池的剩余能量，同時考慮電池的使用壽命 以及內阻對電池SOC勺影響，對求得的電池剩余能量進行校正 優(yōu)點：簡單易行。缺點：但是需要電池長時間靜置，不能滿足在線檢測的要求。3）阻抗法（內阻法）荷電狀態(tài)（soc）影響電池的交流阻抗，因此有學者提出可以用阻抗值來估計SOC用不同頻率的交流電激勵電池，測量電池內部交流電阻，并通過建立的計算模型得

15、到SOC古計值。優(yōu)點：反映了電池在某特定恒流放電條件下的socCSo缺點：根據(jù)此SOCJ斷電池能繼續(xù)放出的電量，還必須考慮后階段放電率的實際情況。止匕外，由于 電池SOC傳電阻參數(shù)之間關系復雜，用傳統(tǒng)的數(shù)學方法很難建模，還有很多因素都可以改變內阻， 比如溫度，充放電電流，SO曲。當SOC40時，阻抗變化很小。4）卡爾曼濾波法它利用系統(tǒng)和測量動態(tài)的知識、 假設的系統(tǒng)噪聲和測量誤差的統(tǒng)計特性， 以及初始條件信息， 對測量值進行處理， 求得系統(tǒng)狀態(tài)的最小誤差估計。 電動汽車用電池組， 可看作是由輸入和輸出組成的動態(tài)系統(tǒng)。在了解系統(tǒng)一定先驗知識的前提下， 建立系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)方程， 再利用輸出的校驗作用， 獲得對系統(tǒng)包括荷電狀態(tài)在內無法直接測量的內部參數(shù)估計。 在電池等效電路模型的基礎上， 建立了系統(tǒng)的狀態(tài)方程和測量方程。 根據(jù)電池組放電試驗數(shù)據(jù)， 應用卡爾曼濾波算法估計電池組的開路電壓， 實 現(xiàn)對電池荷電狀態(tài)的估計。優(yōu)點：能夠根據(jù)采集到的電