平衡使用壽命—大量電池的壽命優(yōu)化方法

現(xiàn)代電動汽車的牽引電池包由大量的電池組組成，每一節(jié)電池組都是一個(gè)獨(dú)立的單元，由于電池包溫度差異等因素，每節(jié)電池的使用壽命可能會有變化。因此，為了使電池包的可用能量和功率最大化，開發(fā)了電池平衡器。

在原型機(jī)中，每一節(jié)電池配備一個(gè)電池平衡器，其上有DC-DC轉(zhuǎn)化器，每個(gè)轉(zhuǎn)換器可將高達(dá)30W的功率轉(zhuǎn)換為低電壓（標(biāo)稱12V）負(fù)載，效率高達(dá)93%。選擇30W的目的是使轉(zhuǎn)換器可以提供全功率并且仍然平衡。在轉(zhuǎn)換器與電池間有支架，以減少其間的熱傳遞，轉(zhuǎn)換器也可檢測電池電壓。

為了降低成本，將電池平衡器覆蓋多節(jié)電池，在這種情況下，轉(zhuǎn)換器可以包含電池平衡無源電路。本文研究了平衡算法，以確定將12V電池電壓維持在相應(yīng)水平所需的總電流；其次，該算法根據(jù)獲取信息在各個(gè)電池之間分配電流；單個(gè)電池控制器可根據(jù)測得的12V電池電壓對輸出電流進(jìn)行微調(diào)：

當(dāng)車輛驅(qū)動時(shí)，性能較差的電池按比例供給少量電流。電流的大小根據(jù)行駛過程中電池容量的變化和電池核電狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)行駛和充電時(shí)，在不需要DC/DC轉(zhuǎn)換器的時(shí)期部分轉(zhuǎn)換器將會關(guān)閉。

在一些情況下，可將低容量/高電阻電池保持在低或高電池荷電狀態(tài)之下，以使電池的壽命最大化。

單個(gè)電池衰退的計(jì)算方法也有改進(jìn)，不同于傳統(tǒng)的計(jì)算方法（即僅性能最差的電池），本文將每節(jié)電池的能量考慮其中，公式如下：

Qi指每節(jié)電池的容量，xi是每個(gè)電池使用的電荷的分?jǐn)?shù)。

根據(jù)此公式，電池包的性能衰退有了較大改善，比如，有一個(gè)電池包包含100節(jié)電池，其中某節(jié)電池消耗了10%的容量，根據(jù)傳統(tǒng)的計(jì)算方法，則該電池包的電池容量減少了10%，但根據(jù)本文提出的算法，該電池包的電池容量僅減少了0.1%。

本文進(jìn)行了三種情況下的模擬：采用風(fēng)冷行駛20英里的PHEV，使用水冷行駛75英里BEV和水冷行駛225英里BEV。在各種氣候條件下，PHEV電池的壽命平均延長約30%，而BEV電池的使用壽命可能提升超過40%。電池壽命提升的的主要原因在于，能夠充分使用每節(jié)電池的能量。