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【摘要】电动汽车发展带动电源技术的革新与进步。电动汽车电压较高，所需电池节数较多，启动电流大，导致电池过度充电或过度放电，从而造成了电池不平衡现象，降低了电池组的总容量，甚至损坏电池组。有源平衡解决放案实现了“容量恢复”，解决了在电池组放电时，从SOC值较高的电池向SOC值较低的电池重新分配电荷，降低所有电池的余留容量，与电池组中SOC值最低的电池相匹配，使电池组均衡。
【关键词】SOC；开关电感法；均衡模块；单片机
1.引言
目前常用电池均衡方案有有源平衡与无源平衡。无源平衡简单，而且成本低廉。不过，无源平衡速度非常慢，在电池组内部产生不想要的热量，而平衡是通过降低所有电池的余留容量，以与电池组中SoC值最低的电池相匹配。只有有源平衡解决放案才能实现“容量恢复”，有源平衡解决方案在电池组放电时，从SoC值较高的电池向SoC值较低的电池重新分配电荷。
2.均衡模块总体结构与原理
2.1 总体结构
电压检测模块依次采集该组每块电池的单体电压，并向单片机传送采集的数据，单片机分析经A/D转换的数据，判断电池组不均衡状态并采用相应控制策略，CPLD（Complex Programmable Logic Device）结束单片机的控制信号实现控制策略中的复杂逻辑关系，并通过驱动电路控制均衡主电路来实现电池组的均衡。CPU与个单片机间采用CAN总线通信，判断组间电池的不均衡状态，采用相应控制策略，并在上位机上显示电池组的各种信息。具体如图1所示。
2.2 电压检测模块
精确的单体电压检测是整个均衡模块的基础，如图2所示，主要包括一个运算放大器Qn和一个P型MOS管，以及三个高精度电阻。该电路利用放虚短虚断的特性，在PMOS导通时，电流流经采样单组R3，Vn为第n节电池Bn的电压，实现对单体电池电压的检测。
3.电池的剩余容量状况
SOC被用来反映电池的剩余容量状况，SOCB特指某一恒定温度下以标称的恒定电流放电时电池所放出的标称容量为基准所确定的SOC值：
SOCB=（1-Q/CB）KN。
式中：Q为电池在标称的电流下所放出的电量，CB为电池以标称的恒定电流放电所具有的容量，KN为电池不可恢复性容量影响因数。SOCD，指随放电电流、温度参数变化的电池荷电状态动态荷电状态参数SOCD以标称荷电状态参数SOCB为基准：
SOCD=SOCBKWf（I）
式中：I为当前及以后一段时间持续稳定的实际电流。KW为温度影响因数，可通过对该类电池进行试验获。
4.蓄电池容量均衡的方法
4.1 开关选择均衡法
该种方法由于由于串联蓄电池数量较多，可以将单体分为M个模块，每个模块有K个单体，每个蓄电池均有一组开关与双向DC-DC变流器连接，开关有两个反向串联的MOSFET组成，在单体未选中进行充放电时，控制芯片控制相应的MOSFET关断，单体与变流器断开，由控制器选择给某个单体进行充放电时，通过控制芯片开通对应的光耦，令MOSFET导通，讲该蓄电池接入DC-DC变流器。
4.2 开关电感法
在相邻两个蓄电池单体之间通过MOSFET与一个电感相连，如下所示，若当单体容量B1大于B2时，首先令开关Q1导通Q2断开，B1给电感L1充电，然后Q1断开Q2闭合，此时电感将存储的能量释放给B2，为了保证Q1和Q2不同时导通，会加入死区，在死区时间里，电感L1通过B2、D2续流。同时B2也可以给B3传递能量，也可以实现能量反方向流动，直到所有电池单体容量相同为止。
5.结论
本研究利用SOC反映电池的剩余容量状况，向单片机传送采集的数据，单片机经过处理，判断电池组不均衡状态并采用相应控制策略并显示电池组的各种信息。最大限度地延长电池的使用寿命，防止电池过度充电或过度放电，采用两种蓄电池容量均衡的方法（多模块开关选择均衡法开关电感法），较好的使单体容量接近平衡，具有很高的利用价值，应用前景广阔。
参考文献
[1]侯波，刘俊伟.一种电动车铅酸蓄电池SOC预测模型及检测系统的设计[J.电测与仪表，2010（11）.
[2]吴友，宇梁红.电动汽车动力电池均衡方法研究[J].汽车工程，2004（04）.
作者简介：郭岩（1992—），男，山东泰安人，大学本科，车辆工程专业毕业，研究方向：底盘。
【关键词】SOC；开关电感法；均衡模块；单片机
1.引言
目前常用电池均衡方案有有源平衡与无源平衡。无源平衡简单，而且成本低廉。不过，无源平衡速度非常慢，在电池组内部产生不想要的热量，而平衡是通过降低所有电池的余留容量，以与电池组中SoC值最低的电池相匹配。只有有源平衡解决放案才能实现“容量恢复”，有源平衡解决方案在电池组放电时，从SoC值较高的电池向SoC值较低的电池重新分配电荷。
2.均衡模块总体结构与原理
2.1 总体结构
电压检测模块依次采集该组每块电池的单体电压，并向单片机传送采集的数据，单片机分析经A/D转换的数据，判断电池组不均衡状态并采用相应控制策略，CPLD（Complex Programmable Logic Device）结束单片机的控制信号实现控制策略中的复杂逻辑关系，并通过驱动电路控制均衡主电路来实现电池组的均衡。CPU与个单片机间采用CAN总线通信，判断组间电池的不均衡状态，采用相应控制策略，并在上位机上显示电池组的各种信息。具体如图1所示。
2.2 电压检测模块
精确的单体电压检测是整个均衡模块的基础，如图2所示，主要包括一个运算放大器Qn和一个P型MOS管，以及三个高精度电阻。该电路利用放虚短虚断的特性，在PMOS导通时，电流流经采样单组R3，Vn为第n节电池Bn的电压，实现对单体电池电压的检测。
3.电池的剩余容量状况
SOC被用来反映电池的剩余容量状况，SOCB特指某一恒定温度下以标称的恒定电流放电时电池所放出的标称容量为基准所确定的SOC值：
SOCB=（1-Q/CB）KN。
式中：Q为电池在标称的电流下所放出的电量，CB为电池以标称的恒定电流放电所具有的容量，KN为电池不可恢复性容量影响因数。SOCD，指随放电电流、温度参数变化的电池荷电状态动态荷电状态参数SOCD以标称荷电状态参数SOCB为基准：
SOCD=SOCBKWf（I）
式中：I为当前及以后一段时间持续稳定的实际电流。KW为温度影响因数，可通过对该类电池进行试验获。
4.蓄电池容量均衡的方法
4.1 开关选择均衡法
该种方法由于由于串联蓄电池数量较多，可以将单体分为M个模块，每个模块有K个单体，每个蓄电池均有一组开关与双向DC-DC变流器连接，开关有两个反向串联的MOSFET组成，在单体未选中进行充放电时，控制芯片控制相应的MOSFET关断，单体与变流器断开，由控制器选择给某个单体进行充放电时，通过控制芯片开通对应的光耦，令MOSFET导通，讲该蓄电池接入DC-DC变流器。
4.2 开关电感法
在相邻两个蓄电池单体之间通过MOSFET与一个电感相连，如下所示，若当单体容量B1大于B2时，首先令开关Q1导通Q2断开，B1给电感L1充电，然后Q1断开Q2闭合，此时电感将存储的能量释放给B2，为了保证Q1和Q2不同时导通，会加入死区，在死区时间里，电感L1通过B2、D2续流。同时B2也可以给B3传递能量，也可以实现能量反方向流动，直到所有电池单体容量相同为止。
5.结论
本研究利用SOC反映电池的剩余容量状况，向单片机传送采集的数据，单片机经过处理，判断电池组不均衡状态并采用相应控制策略并显示电池组的各种信息。最大限度地延长电池的使用寿命，防止电池过度充电或过度放电，采用两种蓄电池容量均衡的方法（多模块开关选择均衡法开关电感法），较好的使单体容量接近平衡，具有很高的利用价值，应用前景广阔。
参考文献
[1]侯波，刘俊伟.一种电动车铅酸蓄电池SOC预测模型及检测系统的设计[J.电测与仪表，2010（11）.
[2]吴友，宇梁红.电动汽车动力电池均衡方法研究[J].汽车工程，2004（04）.
作者简介：郭岩（1992—），男，山东泰安人，大学本科，车辆工程专业毕业，研究方向：底盘。