4 电池组充电均衡控制研究
目前均衡控制的方法， 按照能耗主要分能量耗散式、能量转换式、能量转移式。
能量耗散式是指将电池组中电压较高的电池进行放电来实现均衡。 常使用的方法是电流分流法。 分流法是将每一个电池并联一个分流电阻， 并通过开关进行控制， 在充电过程中， 当某个电池电压偏高时， 其分流开关闭合， 电池进行分流。 这种方法结构简单容易实现， 缺点是分流电阻始终在损耗功率， 能效低， 而且产生热量比较大。 电动汽车需要考虑能效的问题， 否则无法大规模推广， 显然， 这种均衡方法不适用。 能量转换式主要有两种， 一种是将电池组的整体电压向饥饿的单体电池进行补充， 另一种是将单体电压向整体电压进行转化。 常用的有线圈能量转换法， 利用变压器将能量补充给饥饿的电池， 有开关式、共享式、独立式三种结构， 线圈能量转换法对充电电流进行均衡， 充电速率很快， 但在大量电池串联充电时， 其缺点就突显出来了， 这时需要大量的变压器， 磁场损耗大， 均衡设备的体积很大， 效率变低。 因此， 这种方法对电动汽车电池组充电也不适用。
能量转移式是利用电容或电感等储能元件将能量进行传递， 在充电过程中， 电池组中容量低的电池端电压会比其他电池高， 这时容量低的电池会对容量高的电池充电。 常用的有电容法和电感法。
电容式均衡电路是通过MCU 控制开关的切换， 先由电压最高的电池向电容充电， 充满后切换开关， 由电容向电压低的电池充电， 并多次重复这个过程。 这种均衡电路的优点是结构简单、体积可以做的很小， 缺点是需要大量的电力电子开关器件， 损耗大， 需要的时间也较长， 因此不适宜电动汽车电池组充电。
电感式相邻均衡电路的原理是每一个电池都并联一个电感， 检测比较相邻两个电池B1、B2 的电压， 若B1 电压较高， 由MCU 控制PWM 输出信号的占空比来控制开关器件， 使B1 能量储存在电感， 并对公共电容充电， 然后将能量传送给B2；反之， 若B2 电压较高， PWM 输出的占空比变化，使能量由B2 流向B1。 这种均衡电路的特点是效率高， 速度快， 体积小， 缺点是控制算法比较复杂。
通过对以上各种均衡方法的特点相比较， 本文认为电感式均衡电路较适用于电动汽车电池组充电均衡。 电动汽车电池组具有大规模串联的特点， 因此， 本文在电感相邻均衡电路的基础上， 设计了大规模串联电池组的电感式均衡控制电路（ 如图3） ， 实现电池组内各电池之间的电量转移，达到均衡的目的。
系统中， 及时检测电池组中各电池的状态信息， 送入MCU 中， 通过算法处理， 控制PWM 的输出， 驱动开关器件的导通和关断。 当某个电池电压较高时， 相应的开关器件导通， 电池将能量储存到相应的电感中， 当开关断开后， 能量转移到下游的电池， 多余能量转移到公共电容上并回馈给充电电路。
5 锂离子电池组充电电路设计
在以上研究的基础上， 本文设计了一种基于限压变流脉冲充电方法的具有均衡功能的充电系统， 该系统采用MCU 进行控制， 对电池的电压、电流、温度等参数进行采样， 送入MCU 中， 并通过一定的算法， 控制PWM 输出信号的占空比， 控制脉冲充电电流， 控制均衡电路的开关器件， 实现均衡充电， 该系统结构框图如下。
6 总结
本文在通过对多种传统充电方式的研究， 综合各种方式的优点， 提出了限压变流脉冲充电方式， 使实际充电电流接近充电可接受电流， 缩短充电时间， 并有效防止极化， 快速、高效、安全。 同时，应对电池组中单个电池状态不均衡的问题， 进行了均衡控制研究， 使电池组内电量相互转移， 保证在充电结束时各电池达到均衡状态， 并在此基础上设计了电池组充电系统的结构。
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