关于100%充满电池与均衡的讨论

TTSY

原帖由 jcq 于 2008-10-3 18:31 发表

搞电子我是门外汉，略知皮毛而已！我知道这个均衡器是可行的，希望哪位大侠把它生产出来，卖我优惠的就行，少赚一点！
论坛里的高人可能已经理解我的意思了，只是不想说破罢了。我把原理讲清楚，大家讨论一下吧！

JCQ好好的说说这个原理，俺的好奇心越来越大了。

jcq

我觉得已经讲的很清楚了，怎么说呢？（不好意思，我不会电脑画图）
1；   1：1：1:1隔离变压器，4个相同的绕组在同一个磁芯上，用于传输功率，每个绕组的电压都会在其余绕组反射出来。
2;      同步整流，又可以叫逆变，由信号推动电路激励mos 管，使mos正半周导通，负半周截止，每个电池由两个mos推挽工作，全波整流。
3；   激励信号回路由电锁和充电插座同时控制供电，输出方波（含死区）通过推动变压器驱动功率变换mos管，使4个电池相对应的正半周mos同时导通，推挽电路另一侧mos同时截止，使两者轮流导通截止，把电池的直流电逆变成交流电，通过变压器耦合，电压高的电池处于逆变状态，电压低的电池处于整流状态，由于mos内阻很小，没有二极管的正向压降，电压的互相均衡程度很高。
4；  由于均衡器的能量转移，使电池在充电状态，小容量电池电压高，能量转移给大容量电池。放电时，小容量电池电压低，由大容量电池补偿，电池电压趋于一致每个电池容量得以充分发挥，同时进入充满涓流或放电保护状态。
5；  均衡器只变换电池间容量差异部分，加上同步整流的高效率，系统损耗很小，主要电流由串联电池承担，大功率没有问题，成本降低！
6；  充电均衡也可以由充电阀值电压控制。均衡器与每个电池之间的连线需要熔断器保护！电池超温均衡器停止工作。

1老头

明白啦。。。。。。。。。。。这次说的还可以。。

1老头

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1老头

但是   驱动脉冲也要用变压器隔离。

1老头

电池组有区别于单体电池的额外特性，基于目前的动力电池设计与制造技术水平，单体之间的性能差异在其整个生命周期里客观存在，要想避免单体由于过充、过放导致提前失效，使电池组的功能和性能指标达到或者接近单体的平均水平，对电池组中单体之间实现均衡控制和管理是必由之路。电池组均衡管理是一门先进的电池组使用技术，需要结合动力电池电化学模型、电子电源和计算机控制等多学科技术的最新研究成果，进行创新设计。
被认为是未来汽车的电动汽车是电动源、电机和整车三大技术的结合体，电动源是电动汽车的核心部件，目前已经形成动力锂离子电池及其专用材料的开发热潮。做为一种新型的动力技术，锂电池在使用中必须串联才能达到使用电压的需要，单体性能上的参差不齐并不全是缘于电池的生产技术问题，从涂膜开始到成品要经过多道工序，即使每道工序都经过严格的检测程序，使每只电池的电压、内阻、容量一致，使用一段时间以后，也会产生差异，使得锂动力电池的使用技术问题迫在眉睫，而且必须尽快解决。

　　动力电池组的使用寿命受多种因素影响，如果电池组寿命低于单体平均寿命的一半以下，可以推断都是由于使用技术不当造成的，首要原因当推过充和过放导致单体电池提前失效。本文结合锂动力电池特性、电子电源、计算机控制技术研究动力电池组的使用技术，探讨动力电池组的均衡控制和管理。

1老头

以单体电池为动力源如移动电话，电源管理技术已经十分完善，但在电池组中，单体之间的差异总是存在的，以容量为例，其差异性永不会趋于消失，而是逐步恶化的。组中流过同样电流，相对而言，容量大者总是处于小电流浅充浅放、趋于容量衰减缓慢、寿命延长，而容量小者总是处于大电流过充过放、趋于容量衰减加快、寿命缩短，两者之间性能参数差异越来越大，形成正反馈特性，小容量提前失效，组寿命缩短，在下文的充放电特性分析中就必须包含过充电和过放电过程。
　上述过程考虑电池组总电压或平均电压控制，其实总有单体电压较高者，相对组内其它电池已经进入过充电阶段。过充电时，若在恒流阶段发生，由于电流强度大，电压、温升、内压持续升高，以4V锂为例，电压达到4.5V时，温升40度、塑料壳体变硬，4.6V时温升可达60度、壳体形变明显并不可恢复，若继续过充，气阀打开、温升继续升高、不可逆反应加剧。恒压阶段，电流强度较小，过充症状不如恒流阶段显著。只要温升、内压过高，就伴随副反应，电池容量就会减少，而副反应具有惯性，发展到一定程度，可能在充电中也可能在充电结束后的短时间里使电池内部物质燃烧，导致电池报废。过充电加速电池容量衰减、导致电池失效，百害无一利。

1老头

　　恒流放电时，电压有一陡然跌落，主要由欧姆电阻造成压降，这电阻包括连接单体电极的导线电阻和触点电阻，电压继续下降，经过一段时间以后，到达新的电化学平衡，进入放电平台期，电压变化不明显，放热反应加电阻释热使电池温升较高。放电电压曲线近似单体放电曲线，持续放电，电压曲线进入马尾下降阶段，极化阻抗增大，输出效率降低，热耗增大，接近终止电压时停止放电。

　　上述过程用恒流特性模拟负载电机，实际汽车在行使中，电机输出功率的变化很复杂，电流双极性变化，即使匀速行使，路面颠簸、微小转向都使输出功率实时变化，在短时间段里，可以用恒流放电模拟分析，总之大的方向是放电，偶尔有不规则的零脉冲（无逆变功能）或负脉冲（有逆变功能，电池被充电）出现。



　　考虑组内单体电池，必有相对的过放电情况。在放电后期，电压接近马尾曲线，组中单体容量正态分布，电压分布很复杂，容量最小的单体电压跌落得也就最早、最快，若这时其它电池电压降低不是很明显，小容量单体电压跌落情况被掩盖，已经被过度放电。

　　观察单体过放情况，进入马尾曲线以后，若电流持续较大，电压迅速降低，并很快反向，这时电池被反方向充电，或称被动放电，活性物质结构被破坏，另一种副反应很快发生，过一段时间，电池活性材料接近全部丧失，等效为一个无源电阻，电压为负值，数值上等于反充电流在等效电阻上产生的压降，停止放电后，原电池电动势消失，电压不能恢复，因此，一次反充电足以使电池报废。

　　组中单体过放容易发生不易控制，电机控制器的限压限流办法都不起有效作用，电池输出功率的变化产生的欧姆、极化电压波动足以淹没单体电压跌落信号，组电压监视失去意义。

1老头

　只要加速度为负值，传动机构就可以带动发电机发电，回馈电能可以给电池组充电，将机械动能转化为化学能存储使用，瞬间逆变功率与输出功率属同一数量级，取决于发电机逆变效率，加速时有过强度放电，逆变时就有可能存在过强度充电。

1老头

先进的电池组使用方法

  

　　过充过放对电池的损害都是致命的，不同之处仅在于过充产生大量气体、易自燃和爆炸、表象剧烈，过放外观变化和缓、但失效速度却极快，在正常使用中都应严格避免出现。

　　鉴于相同原材料、同批次的单体电池，容量、内阻、寿命等性能参数符合正态分布并且离散程度有限；鉴于在相同的电流激励条件下，单体电池电压变化过程的一致性渐进逼近其它性能参数的一致性，其中最重要的参数是荷电程度；鉴于电池在未曾历经过过充、过放的损害，在其生命期里不容易提前失效，可以推断，如果在充放电过程中通过能量变换的办法实施电池组中单体电压的均衡控制，使单体电压趋于一致，那么单体的相对荷电程度也趋于一致，可以实现同时充足电、也同时放空电，进而，电池组的寿命应接近于单体电池的平均寿命。

　　基于均衡控制，可进一步研究先进的充电方法。目前的限压限流方法，无论在充电速度还是效果上都不够科学，充电初期，极化效应并不激烈，电池的电流接受能力最强，充电电流还应该加大，恒流后期电池温升、内压增大，电流已经超出电池接受能力，电流应该减小，同时，极化作用、趋肤效应降低了材料反应的活性，可利用反向电流脉冲肖弱这些不利影响。

  
　要实现单体电压的均衡控制，均衡器是电池管理系统的核心部件，离开均衡器，管理系统即使得到了电池组测量数据，也无所作为，也就无所谓管理。随着电动汽车技术的不断发展，电池组均衡装置的需求已经迫在眉睫，已有许多研究，国外已有报道，如德国Kaiserse Lautern大学，日本本田公司等，国内技术尚未成熟。