利用储能元件和均衡旁路构建能量传递通道,将其从能量较高电池直接或间接转移至能量较低的电池。可以分为能量转换式均衡和能量转移式均衡。
(1)能量转换式均衡
能量转换式均衡是通过开关信号,将电池组整体能量对单体电池进行能量补充,或者将单体电池能量向整体电池组进行能量转换。其中单体能量向整体能量转换,一般都是在电池组充电过程中进行,电路如图5.12所示。该电路是检测各个单体电池的电压值,当单体电池电压达到一定值时,均衡模块开始工作。把单体电池中的充电电流进行分流从而降低充电电压,分出的电流经模块转换把能量反馈回充电总线,达到均衡的目的。还有的能量转换式均衡可以通过续流电感完成单体到电池组的能量转换。
图5.12 单体电压向整体电压转换方式
电池组整体能量向单体转换,电路如图5.13所示。这种方式也称为补充式均衡,即在充电过程,首先通过主充电模块对电池组进行充电,电压检测电路对每个单体电池进行监控。当任一单体电池的电压过高,主充电电路就会关闭,然后补充式均衡充电模块开始对电池组充电。通过优化设计,均衡模块中充电电压经过一个独立的变换器和一个同轴线圈变压器,给每个单体电池上增加相同的次级绕组。这样,单体电压高的电池从辅助充电电路上得到的能量少,而单体电压低的电池从辅助充电器上得到的能量多,从而达到均衡的目的。此方式的问题在于次级绕组的一致性难以控制,即使次级绕组匝数完全相同,考虑变压器漏感以及次级绕组之间的互感,单体电池也不一定获得相同的充电电压。同时,同轴线圈也存在一定的能量耗散,并且这种方式的均衡只有充电均衡,对放电状态的不均衡无法起作用。
图5.13 补充式均衡示意图(www.xing528.com)
能量转换式电路是一种通过开关电源来实现能量变换的电路。相对于能量转移式均衡电路来说,它的电路复杂程度降低了很多,成本也降低了。但对同轴线圈,由于绕组到各单体之间的导线长度和形状不同,变压比有差异,导致对每个单体电池均衡的不一致,有均衡误差。另外,同轴线圈本身由于电磁泄漏等问题,也消耗了一定的能量。
(2)能量转移式均衡
能量转移式均衡是利用电感或电容等储能元件,把能量从电池组中容量高的单体电池,通过储能元件转移到容量比较低的电池上。该电路是通过切换电容开关传递相邻电池间的能量,从而达到均衡的目的。另外,也可以通过电感储能的方式,对相邻电池进行双向传递。此电路的能量损耗很小,但是均衡过程中必须有多次传输,均衡过程时间长,不适于多串的电池组。改进的电容开关均衡方式,可通过选择最高电压单体与最低电压单体电池间进行能量转移,从而使均衡速度增快。能量转移式均衡中能量的判断以及开关电路的实现较困难。
能量转移式均衡是一种电池容量补偿的方法,就是从容量高的电池取出一些电量来补偿容量低的电池。这个方法虽然可行,但是由于在实际电路中需要对各个单体电池电压进行检测判断,电路会很复杂,且体积大、成本高。另外,能量的转移是通过一个储能媒介来实现的,存在一定的消耗及控制问题。该均衡方式一般应用于中大型电池组中。
利用电感或电容等储能元件,把电池组中容量高的单体电池,通过储能元件转移到容量较低的电池上。图5.14所示为能量转移式均衡原理图。
图5.14 能量转移式均衡
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