王晓燕
青岛港湾职业技术学院 山东省青岛市 266000
摘要：现阶段，我国每个行业都处于快速发展阶段，且市场竞争较为激烈，如何使自身能够在未来持续发展，需要进行不断的创新与改革，在电池行业中，电池组均衡技术作为改善电池组单体不一致性的主要方法，对其相关性研究与分析至关重要，在锂电池新型双向主动均衡控制方案设计研究中，要应用反激式变压器双向主动均衡设计，将其与电池管理系统相结合，从而研发出能够应用在锂电池双向主动均衡控制的新系统，根据相关研究表明，该系统可作用在加强电池容量以及延长电池包的使用寿命方面，为其在实际使用中提供安全性保障。本文围绕锂电池新型双向主动均衡控制方案设计进行分析，将主要以研究电动汽车锂电池为主，简要讲解锂电池新型双向主动均衡技术的基本概况，深入分析其方案设计要点，为我国电池行业发展助力，为其新型技术的设计与其质量提供保障。
关键词：锂电池；新型；双向主动均衡控制
对于电动汽车来说，动力来源是能让其正常运行的重要因素，锂电池自身良好的特点及其优势，在汽车当中使用较为广泛，已成为各大电池行业推行的主要产品，其使用性能及安全性，在人民群众的心中地位极高，口碑极好。不过其也有一定的缺陷和缺点存在，单个锂电池的电压较低且容量较小，不够为电动汽车提供充分的电源电能，因此，通常都是将其进行连接，形成电池组才能应用到实际生产中，在锂电池连接过程中，主要以串联形式为主。因制造工艺不够完善的因素导致单个锂电池电压、容量和内阻等存在较大的差异性，从而形成一种“短板效应”使单个锂电池在运行工程中，其性能受到一定程度的影响，为有效改善这一问题，要通降低锂电池组中每一个单体锂电池不均衡的情况才能解决这一现象。这就需要对其设计方案展开一系列深入研究，优化制造工艺，从而实现有效减少其不均衡现象，或是通过相关辅助来均衡有关技术。其中想要实现主动均衡就要在设计方案时，采取特定能量变换器，以此来将电能实施对重新分配，使其朝着不以消耗能量为主的方向发展。现阶段，国内外有关专家学者都在深入研究锂电池新型双向主动均衡的方案设计，当下其方法主要是电容和电感类器件的能量转移，这种非耗散法如今在实际生产中已得到普遍应用。
一、锂电池新型双向主动均衡技术基本概况
（一）锂电池均衡电路现状
均衡电路有两种类型，分别是能量耗散型与非能量耗散型。其中能第一种的特点在于其电路，属于开关电阻型电路，主要是因电压较高，高出平均值，使电池能够和相连电阻放电进行反应，从而形成热能，以这种方式来实现电池组的电压均衡，其优势在于简易的电路结构及其易操作的特点，通常都将其应用在充电均衡中。这一类型的缺点在于其电池组中多数电池电压值，若整体高于平均值，则会出现均衡效率较低的情况，会有大量的热量产生，为电池组带来负面影响。而能量非耗散型均衡是由电容和电感组成，将这些部件与电池组整体连接，根据开关间的切换，能够有效降高电压电池中电荷传输至低电压电池中，再通过能量转移来实现电池均衡。其中最关键的就是开关电容型和变换器型，具备这两项能够很好的在实际生产中进行充电和放电[1]。
（二）新型双向主动均衡电路
新型双向主动均衡电路中反激式能够将变压器进行初级绕组，在将开关与电池组单体电池进行并接，副边绕组可根据开关管与电池组相连，再经变压器原副边绕组开关管，以通断的形式形成电荷转移。
其具体操作如下：初级开关管若处于高电平，那开关管将处于导通状态，电流就能够在变压器初级绕组上形成倾斜上升趋势，当其达到顶峰，则开关管关断，再使电能从初级绕组传输至次级绕组，此时，次级开关管开通，但其导通时间较短，电流会在次级绕组中降低，当其降为零点时，次级开关管则会关断初级开关管，一段时间后就会重新开启，不断的反复进行试压，就能够实现电荷从单体电池传输到电池组，在进行试验时，一定要将电流电压经外部器件参数进行设置。与之同理，充电过程中次级绕组开关管也要经高电平的并接才能开启，使电池组对次级绕组放电，其放出电流的值到达一定程度就会使开关管关断，这是，电流就会在初级绕组中流动，在此过程中，能够与选定充电电池进行连接，从而开通初级开关管，能够为电池充电期间功率降低提供保障，使其损失减小，当电流处于初级绕组时，其值会不断降低，降低至０时，初级开关管就会关断，而次级开关管则开通，经多次试验后就可发现，这种方法也能够形成电荷从电池组到个别电池的传输情况，这就是新型双向主动均衡电路的作用[2]。
二、锂电池新型双向主动均衡控制方案设计要点
（一）均衡软件控制
将单体电池电压作为均衡的控制目标，这是现阶段实现锂电池均衡控制的必要条件[3]。在此过程中，可将测量的单体电压作为计算数据，以用来计算电池组中电压平均值，接着可将其单体电压和平均值相比较，若其结果差距较大，则可形成主动均衡。不过，若只是将电池电压来作为形成均衡的条件，则方式较为单一，且并不是每一次都能够实现，主要是因电池自恢复效应较强，平台电压现象也会影响其均衡形成，电池电压不是唯一验证电池电量不平衡的方式。在实际操作中，电池荷电状态通常从另一方面来体现电池个体充电和放电功能，人们将其称为电池容量[4]。
（二）电池管理系统
高压控制器是根据收集与高压相关信息和数据来实现，在电池包总电压和总充点放电电流中，科学化的将相关数据反馈至主控制器中。其中均衡控制器能够通过电池包中单体电池数量来实现堆叠，其优势在于扩展数量较多，最多时可达到32块，而总电压值最高为1500V。单块均衡控制器能够控制的单体电池数量一般为8节电池，最少时只能控制2节，最多的情况能够控制14节。因此，在进行锂电池新型双向主动均衡控制方案设计工作时，一定要注意电池管理系统的应用与设计。
（三）反激式变压器双向主动均衡设计
反激式双向主动均衡电路工作形式可通过变压器副级绕组来进行开关管并接，整个电池组的单体电池中，以原边绕组的方式将开关管与电池组相连，在经变压器原副边绕组中开关管通断的形式，从而达到电荷转移。其工作核心原理就是变压器，以此来实现电能在单体或整体电池的双向传递，其中要格外重视磁场和电场的转换[5]。
结语：
本文主要通过讲解电动汽车锂电池组电压均衡问题，来深入研究锂电池新型双向主动均衡控制方案设计，分析其基本情况和在方案设计中应当注重的要点，与设计重点。实验结果表明均衡电路工作波形正确、均衡效果理想。研究反激式双向主动均衡等技术，从中了解不同技术的不同特点与优势，其中，这项技术能够在最短内实现最小功率耗散，从而实现电荷转移，以此达到主动均衡状态。想要实现模块化和均衡电流，必须通过外部器件的参数才能实现，可将其应用在锂电池组中充电和放电环节，电池静置阶段也可适用，这样能够有效提升锂电池组整体性能，从而设计出符合不同实际工作情况的锂电池新型双向主动均衡控制技术，以此来推动相关行业长期稳定的发展。
参考文献：
[1] 熊永华，杨艳，李洁，等.基于SOC的锂动力电池多层双向自均衡方法[J].电子学报，2014(4)：766-773.
[2] 刘小平，郭峰，刘宁一. 一种实现动力锂电池组充放电管理的主动均衡方案[J]. 电动自行车，2010,10(2)： 8-22.
[3] 陈科，吴志红，朱元.一种新能源汽车电池管理系统主动均衡方案[J].电子产品世界，2012(8)：44-46.
[4] 李练兵，崔志强，杜仲钢，等.锂电池组可用剩余容量计算方法研究[J].电子工业，2010，15(5)：259-262.
[5] 孙金磊 ，魏国，朱春波等 ．一种电动汽车电池串联组主动均衡器的设计与实现［J］． 电机与控制学报 ,2013，10（i７）：33-38．
王晓燕，女，1981年12月，籍贯山东省青岛市，讲师，研究方向：控制理论与控制工程
项目基金：青岛港湾职业技术学院科研课题《一种简单可行的12节锂电池主动均衡控制方案》（QDGW2018Z14）