電池組單體并聯(lián)充電電路

賈佳鵬， 蔣笑奕

（鄭州日產(chǎn)汽車有限公司技術(shù)中心， 河南 鄭州 450018）

電動(dòng)汽車用電池組的平臺(tái)電壓通常達(dá)到360～380V，故需要很多電池單體串聯(lián)才能達(dá)到如此高的電壓。由于各單體用到的材質(zhì)和工藝過程不會(huì)完全一樣，總會(huì)存在性能稍差的單體：容量稍低、內(nèi)阻稍大、自放電稍大等。在頻繁充放電過程中，性能差的單體會(huì)更早達(dá)到充電截止電壓和放電截止電壓。若充電均衡或放電均衡電路性能不佳，會(huì)造成衰減單體的性能進(jìn)一步劣化，容量顯著降低，在電池組充電或放電開始不久即達(dá)到過充或過放狀態(tài)，從而造成嚴(yán)重事故 （過熱、爆燃）。就目前已經(jīng)市場(chǎng)化的均衡電路而言，還沒有性能優(yōu)越的充電均衡電路。比如：應(yīng)用最廣泛的被動(dòng)式充電均衡使用數(shù)十毫安級(jí)的電流進(jìn)行分流，對(duì)于動(dòng)輒100Ah以上的車用電池單體而言，幾乎等于沒有作用。而主動(dòng)式均衡電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、可靠性差、性能一般，很少使用。本文提出一種更具優(yōu)勢(shì)的新充電電路結(jié)構(gòu)，在保證充電效率的前提下，實(shí)現(xiàn)單體均壓。

1 基本思路

電池組充放電單體的電路連接：電池組放電時(shí)，各單體串聯(lián)，提供高電壓。而充電時(shí)，為摒棄串聯(lián)充電的固有缺點(diǎn)（衰減單體過充），需要把所有單體轉(zhuǎn)化為并聯(lián)連接，連接單路充電機(jī)，這樣就能在硬件上保證各單體均壓充電。

2 關(guān)鍵部件

1） 對(duì)轉(zhuǎn)換部件的基本要求電池組放電完畢，需要充電時(shí)，此時(shí)主回路內(nèi)沒有電流。但在電池組放電及充電時(shí)，轉(zhuǎn)換器件需要經(jīng)過前述電流，要求壓降盡量低，減少發(fā)熱與功率損耗。同時(shí)要求體積小、壽命長(zhǎng)、工作可靠。

2） 轉(zhuǎn)換器件選型以帶有邏輯控制功能的大電流MOS電路開關(guān)為合適。

3 原理框圖

以4個(gè)單體的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換電路為例，以下同。

圖1為串聯(lián)放電狀態(tài)，每個(gè)單體通過固態(tài)MOS開關(guān)內(nèi)的觸點(diǎn)形成串聯(lián)，電池單體與正負(fù)母線連接的回路由于2個(gè)相應(yīng)觸點(diǎn)斷開而無(wú)效。

圖1 串聯(lián)放電狀態(tài)

圖2為并聯(lián)充電狀態(tài)。每個(gè)單體通過集成MOS開關(guān)內(nèi)的2個(gè)觸點(diǎn)分別與正負(fù)母線連接，使得每個(gè)單體都并聯(lián)在正負(fù)母線上，串聯(lián)回路觸點(diǎn)斷開而使串聯(lián)無(wú)效。

圖2 并聯(lián)充電狀態(tài)

圖3為單個(gè)MOS開關(guān)內(nèi)部觸點(diǎn)切換原理圖。單片MOS開關(guān)內(nèi)包括信號(hào)處理部分和3個(gè)觸點(diǎn)回路。其中觸點(diǎn)k1閉合、k2k3觸點(diǎn)斷開，連接在AB端子的單體通過k1觸點(diǎn)成串聯(lián)狀態(tài)，連接在CD端子的正負(fù)母線由于k2k3觸點(diǎn)斷開而無(wú)效。各單體串聯(lián)后連接正負(fù)母線。

圖4為充電狀態(tài)的內(nèi)部觸點(diǎn)說明。其中觸點(diǎn)k1斷開串聯(lián)失效，k2k3觸點(diǎn)閉合，連接在AB端子的單體通過k2k3觸點(diǎn)連接到CD端子的正負(fù)母線，各單體并聯(lián)在正負(fù)母線上。

圖3 單個(gè)MOS開關(guān)內(nèi)部觸點(diǎn)切換原理圖

圖4 充電狀態(tài)的內(nèi)部觸點(diǎn)說明

表1為MOS開關(guān)內(nèi)3個(gè)觸點(diǎn)通斷邏輯狀態(tài)。

表1 固態(tài)開關(guān)的控制邏輯

4 結(jié)論

此單體并聯(lián)充電電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低效率高、占用空間小、可靠、市場(chǎng)易接受的優(yōu)點(diǎn)，能達(dá)到與其他復(fù)雜昂貴的主動(dòng)充電均衡電路的相同效果。