一個(gè)典型的電池組充電平衡的管理系統(tǒng)，其工作方法是對(duì)連接好的串聯(lián)電池組充電的同時(shí)，檢測(cè)電池組中各個(gè)單體電池的端電壓，當(dāng)某單體電池的端電壓較高時(shí)，通過(guò)與該單體電池并聯(lián)的均衡電路對(duì)該電池進(jìn)行充電分流，降低該單體電池的充電速度和端電壓上升速度，使各單體電池端電壓趨于均衡一致，以此避免因串聯(lián)電池組中各單體電池的充放電特性的差異影響電池組的壽命。由于在充電分流時(shí)與單體電池并聯(lián)的均衡電路消耗部分充電電能，均衡電路發(fā)熱，均衡電路的均衡能力受到限制。對(duì)于大容量、大功率電池，大電流充電時(shí)，均衡電路的均衡能力不能滿(mǎn)足實(shí)際需要。

　　在電池的壽命后期，電池內(nèi)部性能逐漸劣化，按原有的放電限流值和恒流充電值進(jìn)行放電或充電，可能會(huì)發(fā)生過(guò)放、過(guò)充現(xiàn)象，導(dǎo)致電池內(nèi)阻等參數(shù)進(jìn)一步惡化，充電和放電過(guò)程中電池會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，現(xiàn)有的BMS雖然可以監(jiān)測(cè)電池溫度異常升高時(shí)切斷外部充電或放電通路，但此時(shí)電池本身已經(jīng)處于不安全狀態(tài)，切斷通路不能阻止電池內(nèi)部異常的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，電池繼續(xù)發(fā)熱甚至爆炸的危險(xiǎn)依然存在。在電池溫度異常升高時(shí)，突然切斷放電通路，對(duì)于需要連續(xù)供電的設(shè)備，如電動(dòng)汽車(chē)，可能造成設(shè)備運(yùn)行的安全問(wèn)題。

　　基于內(nèi)阻測(cè)量和狀態(tài)比較的電池管理系統(tǒng)

　　研究表明，隨電池充電-放電循環(huán)次數(shù)的增加，電池容量下降，電池的內(nèi)阻增加，電池內(nèi)部性能劣化直至最終徹底失效的過(guò)程是一個(gè)逐漸累積的過(guò)程，電池組中的不一致性會(huì)加速電池組進(jìn)入不安全狀態(tài)。

　　本文提出了內(nèi)阻測(cè)量和狀態(tài)比較的電池管理系統(tǒng)，如圖所示，以單片機(jī)為控制核心，在存儲(chǔ)器中預(yù)先存儲(chǔ)各單體電池在不同端電壓下的內(nèi)阻初始值和誤差允許值、充電過(guò)程中各單體電池在不同端電壓區(qū)段的端電壓上升速率和誤差允許值、累計(jì)充電量預(yù)定值、充電電壓范圍、放電電壓范圍、充電截止電壓值、放電截止電壓值、電池溫度范圍、充電電流值和充電電流誤差允許值、放電電流保護(hù)值、均衡啟動(dòng)電壓值、端電壓失衡值等參數(shù)。充電和放電過(guò)程中檢測(cè)充電和放電過(guò)程的各種參數(shù)，在每次充電過(guò)程前、充電過(guò)程中及充電結(jié)束后測(cè)量并記錄電池組中各單體電池的端電壓、端電壓上升速率、充電電流、充電量和電池內(nèi)阻，并與之前充電時(shí)測(cè)量和記錄的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，分析電池組的充電量及各單體電池的內(nèi)阻、端電壓、端電壓上升速率的變化量，判斷電池內(nèi)部性能逐漸劣化的過(guò)程和程度，對(duì)電池的失效及可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題予以預(yù)警。對(duì)充電和放電過(guò)程實(shí)施控制，實(shí)現(xiàn)充電和放電終止電壓保護(hù)，溫度保護(hù)，過(guò)流保護(hù)的的同時(shí)，在充電過(guò)程中，通過(guò)對(duì)端電壓較低的單體電池進(jìn)行補(bǔ)流均衡的方法，使串聯(lián)電池組中各單體電池端電壓一致，避免由于各單體電池狀態(tài)差異對(duì)電池組的壽命影響。

　　具有內(nèi)阻測(cè)量和狀態(tài)比較功能的電池管理系統(tǒng)示意圖

　　將系統(tǒng)用于10節(jié)20Ah串聯(lián)電池組測(cè)試，采用5A恒流充電，2A補(bǔ)流均衡，系統(tǒng)補(bǔ)流均衡效果十分明顯，沒(méi)有額外發(fā)熱量，還便于節(jié)能控制。

　　影響內(nèi)阻變化因素較多，特別是對(duì)電池組完整壽命周期內(nèi)的內(nèi)阻變化規(guī)律的研究，需要大量的實(shí)驗(yàn)，有關(guān)實(shí)驗(yàn)方案正在進(jìn)行中，包括了動(dòng)力電池組在模擬工況下放電的整個(gè)壽命過(guò)程的測(cè)試。

　　結(jié)論

　　在每次充電前、充電過(guò)程中和充電結(jié)束后檢測(cè)并記錄充電過(guò)程中電池充電量、端電壓、電流、內(nèi)阻、電池溫度、充電時(shí)間等參數(shù)，計(jì)算各參數(shù)的變化量和變化速率，并與預(yù)置的初始參數(shù)進(jìn)行比較，準(zhǔn)確判斷電池充電性能的變化程度，對(duì)可能出現(xiàn)的電池安全問(wèn)題進(jìn)行預(yù)警，為充電電池的使用提供了高安全性保障。以電動(dòng)汽車(chē)為例，即使出現(xiàn)電池安全預(yù)警，駕駛?cè)藛T有至少數(shù)天的富余時(shí)間來(lái)維修處理，而不必馬上強(qiáng)制斷開(kāi)。

　　在充電過(guò)程中對(duì)端電壓較低的單體電池進(jìn)行補(bǔ)流均衡充電，在減小各單體電池的狀態(tài)差異，提高電池組使用壽命的同時(shí)，避免了在充電均衡過(guò)程中均衡電路的發(fā)熱問(wèn)題，從而大幅度提高了均衡能力，對(duì)大容量、大功率電池組的應(yīng)用具有顯著效果。

　　在充電過(guò)程中全面記錄每次充電過(guò)程中電池充電量、端電壓、電流、內(nèi)阻、電池溫度、充電時(shí)間等參數(shù)，從而記錄了充電電池整個(gè)壽命周期各項(xiàng)電參數(shù)的變化過(guò)程，為進(jìn)行電池組失效原因分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。