电池管理系统均衡技术发展综述

来源:用户上传      作者:王晓露?谭泽富?代妮娜?薛菁?向丽红

　　摘 要：为了解决碳排放和全球变暖的问题，电池技术在电动汽车领域的应用研究如火如荼，电池均衡技术在提高电池使用寿命、确保电动汽车稳定高效运行方面发挥着至关重要的作用。文章介绍了主流的均衡电路分类，阐述了主动均衡中变换器式主动均衡以及国内外研究者在LTC3300电池组均衡技术方面的改进策略及研究成果，分析了电池均衡技术在市场上的应用及国内外主流汽车厂商的最新研究成果，最后展望了电池管理系统均衡技术的发展。
　　关键词：电动汽车;均衡技术;主动均衡;被动均衡
　　中图分类号：TM921.5 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）08-0056-04
　　Overview of the Development of Battery Management System Equalization Technology
　　WANG Xiaolu， TAN Zefu， DAI Nina， XUE Jing， XIANG Lihong
　　（Key Laboratory of Signal and Information Processing， Chongqing Three Gorges University， Chongqing 404000， China）
　　Abstract： In order to solve the problems of carbon emissions and global warming， the application research of battery technology in the field of electric vehicles is in full swing. Battery equalization technology plays a vital role in improving the service life of batteries and ensuring the stable and efficient operation of electric vehicles. This paper introduces the classification of mainstream equalization circuits， expounds the converter type active equalization in active equalization and the improvement strategies and research results of domestic and foreign researchers in LTC3300 battery pack equalization technology， analyzes the application of battery equalization technology in the market and the latest research results of domestic and foreign mainstream automobile manufacturers， and finally looks forward to the development of battery management system equalization technology.
　　Keywords： electric vehicle; equalization technology; active equalization; passive equalization
　　0 引 言
　　电池在生产加工过程中的个体差异及锂电池本身特有的化学属性，会导致锂电池组内单体锂电池不一致即电池组不平衡，电池组不平衡问题会随着电池性能的逐渐退化而加剧，进而产生热失控爆炸等安全隐患[1]。
　　电池组内电池的不一致性可借助均衡电路或结合均衡器的均衡策略得以解决[2]，以避免电池劣化进而产生过放电，确保每个电池都能够在相同或相似状态下工作。判断电池均衡控制策略的变量一般有三种：电池的荷电状态（State Of Charge， SOC）、电池容量和电池电压。目前电池管理系统（Battery Management System， BMS）均衡变量的研究热点是电池电压和电池SOC的精准测量。国内外半导体厂商已设计出专用的IC芯片（Integrated Circuit Chip），例如广泛应用的TI＼MAXIM＼LINER将电阻放电控制功能集成到芯片以及电池专用的DC/DC转换芯片等。本文主要介绍几种主流的均衡方法和策略，分析均衡技术未来的发展趋势。
　　1 电池均衡技术
　　电池均衡管理系统依据划分方式的不同可分为不同的形式：根据具体变量的不同可分为基于电压的均衡、基于容量的均衡和基于SOC的均衡;根据电路拓扑结构的不同可分为无源形式和有源形式;根据触发时机的不同可分为能量耗散（被动平衡技术）和能量非耗散（主动平衡技术）。均衡技术的典型分类如图1所示。
　　以电阻放电的形式进行均衡的方法叫作被动均衡，被动均衡的基本结构如图2所示。目前采用被动均衡技术的生产企业较少，例如特斯拉采用的18650型号电池，其单体电池容量较小，每个电芯采用工业化生产，电池本身的一致性和自放电率控制比较好。主动均衡是一种以电量转移方式实现的均衡，其方法主要分为开关电容式主动均衡、电感式主动均衡、变压器式主动均衡以及变换器式主动均衡。主动均衡成本较高、均衡效率有限、技术比较复杂，现阶段主动均衡的研究仍面临着较大的挑战。

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