50a是什么意思，12v60ah450a是什么意思

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动力电池系统SOC不平衡严重影响电池系统的使用寿命和电动汽车的续驶里程[1-2]。寻找有效的电池SOC均衡技术和均衡策略是当前的研究热点[3-5]。由于放电过程均衡效果一般，本文基于电感主动均衡技术，仅研究以电压差作为均衡控制参数对磷酸铁锂动力电池系统充电均衡效果的影响。

1均衡系统工作原理及实验

采用感应式主动均衡系统，根据相邻电池的电压差结果，均衡模块将高SOC状态电池的多余电量以开关电源的形式转移到低SOC状态电池，从而从而最大限度地发挥电池系统的容量并延长电池的使用寿命。电池组循环寿命[6]。直接获取SOC数据比较困难[7-8]，但电池外部电压与电池SOC之间存在一定的关系。在串联电池中，电芯之间的电压差反映了电芯之间SOC的差异，并且可以直接测量电池组的电池电压，因此目前很多均衡系统都是基于压差参数来设计的[9-10]。但以压差作为控制参数的均衡效果还有待验证。为了研究方便，本文以控制过程相对简单的串联电池模块为研究对象，采用压差作为均衡控制参数来验证均衡系统的均衡效果。

均衡模块的电源电路拓扑图如图1a所示，为双向DC/DC。其工作原理如下

1电池电压上限-电池电压下限30mV，且持续时间大于1min。当上开关导通时，上电池的能量储存在电感中；当上开关关断时，下开关导通，将电感的能量传输至下电池，实现能量向下传输。

2电池电压下限-电池电压上限30mV，且持续时间大于1min。当下开关导通时，下电池的能量储存在电感中；当下开关关断时，上开关导通，电感的能量传输到上电池，实现能量上传。

3当满足上述条件时，均衡系统开始工作。后期电压差会不断减小，直到整个电池组中单体电池的电压差降至10mV以下并持续1min，均衡系统停止工作。当均衡系统停止工作时，组内单体电池的电压差可能会再次上升。在此期间，如果压差小于30mV，则均衡系统将不起作用。系统将再次开始工作。

均衡模块可通过级联实现多串电池的充电均衡管理，并可根据实际应用需求向上或向下扩展串数。本次以10个串联、初始容量为50Ah的磷酸铁锂电池组为研究对象。电池已在公交车上使用一段时间，剩余可用容量约为30Ah。它们连接到一个主动均衡系统，包括九个电感均衡模块以及充电和放电。设备及测试框图如图1b所示。

2实验结果分析

21平衡系统对平衡状态模块的影响分析

1用1个C1C=30A电流对1节电池充电，直至电压达到36V截止，人为调整至完全平衡状态。然后将10节电池串联，以1C的电流放电，直至任一单体电压达到25V，然后以50A的电流对电池组充电，直至任一单体电压达到36V，停止充电。关闭均衡系统，以1C电流放电至任一单体电池电压达到25V，测试均衡前电池的初始容量。

2测试均衡前电池的初始容量后，开启均衡系统，以50A电流对电池组充电，当任意单节电池电压达到36V时停止，关闭均衡系统，放电任意一个电流为1C的电池，单节电压达到25V，重复上述实验步骤，测试充电过程中均衡系统对处于平衡状态的电池模块的效果。待电池模块容量不再下降后停止实验。第四次循环的充电容量不再减少，而是增加。停止实验。

测试结果如表1和图2所示。第一周为未开启平衡系统时测得的电池初始容量，第二周至第四周为充电过程中开启平衡系统时的测试结果阶段。选取充电过程中电压差最大的第二个周期进行分析充电电压差长时间超过30mV，几乎持续整个过程。均衡充电过程中，转移了4节电池，原本10节电池的容量较低，但充电“均衡”的结果进一步加剧了不平衡程度。由于均衡错误，电池模块充电容量急剧下降，第二周充电容量减少了164Ah55。第三周电压电压差超过30mV，较第二周有所减小；错误平衡的产能也较第二周相应减少；第四周电压电压差基本一致，如果电压低于30mV，则只有充电端电压差超过30mV，所以均衡系统只在充电端起作用，电芯充电端的电压可以更好地反映电池单元之间SOC的差异。平衡是有效平衡，所以容量相比第三周有所增加。经过4个循环的充放电后，原本处于平衡状态的电池模块，由于充电电压差超过30mV，被BMS的平衡系统“平衡”，反而降低了电池模块的充电容量144Ah48。

表1电池模组各循环充电容量及容量保持率

均衡前后的放电过程如图3所示。图3a显示，初始状态下各个电芯的电压峰值对齐，初始容量为30181Ah，放电结束时存在一定的电压差。经过4次充电均衡后，各单体电池放电端电压差变大。如图3b所示，电池不平衡程度加剧，电池容量减少至2787Ah，放电容量减少2311Ah77。放电量的减少也进一步说明了平衡系统的不平衡。

上述结果表明，在电池充电电压工作时，以电压差为控制参数的均衡系统会降低均衡的精度，影响充电效果。可以将均衡系统的最低平均工作电压设置为充电电压期结束时的平均电压，以均衡系统在充电区域的开启，提高均衡效果。

图22恒流充电模式对均衡效果的影响

在21段测试的基础上，将电池充电SOC范围改为车辆实际充电范围20100SOC，并采用1C标准充电电流进行恒流充电。充电过程中的最大压差如图4a所示在20至95SOC区间电压差小于30mV，均衡系统不工作；均衡系统仅在电池SOC95区间工作。锂离子电池充电末期进入恒流阶段后，端电压更能反映电芯之间SOC的差异。为了加快实验进度，直接在80-100SOC范围内进行平衡，将电池SOC调整为80，打开平衡系统，以1C的电流对电池组充电，停止当任一单体电池电压达到36V时，此时电池SOC为100，静置1小时，关闭平衡系统，重复上述循环，直至第23次循环，期间平衡系统将不再工作充电过程中，停止实验。

充电均衡过程和结果如图4b和图5所示。在每个充电周期结束时，电压最高的6个电池开始将容量转移到容量较低的其余电池。均衡系统仅在充电结束前30s充电结束后90s内工作，若干周的均衡工作时间如表2所示。在第23个周期时，如果电压差大于30mV且持续时间小于1分钟，均衡系统将不再工作；经过23次充电端均衡循环后，电池组的放电容量为29567Ah，与本节均衡前的放电容量2787Ah相比，容量增加了1697Ah，但尚未达到最大可用容量模块放电容量为30181Ah。

表2系统每周均衡工作时间

c第16周d第23周

结果表明，实际使用20-100SOC范围时，以压差为控制参数的主动均衡策略能够在电池系统充电端电池高SOC区域起到容量均衡作用在电池在整车的实际应用中。实测时间小于2分钟，每周平均均衡容量小于0.1Ah。均衡23次循环后，放电容量增加了1697Ah，均衡效果较差。

图23分段收费策略对均衡效果的影响

由于采用恒流充电方式均衡系统工作时间短、均衡效率较差，因此实验采用分段充电方式对电池模块进行充电。将电池模块人为调节至不平衡状态后，电池初始放电容量为1841Ah，在80-100SOC测试区间进行加速实验。将电池SOC调至80，连接平衡装置，以1C电流充电，直至任意单节电池电压达到356V，静置30s。电池充电后的休息过程会导致电池电压下降。当任一单体电池电压达到356V时，休息30s；使用02C将任意单节电池电压充电至356V，休息30s；用01C将任意单节电池电压充电至36V，此时SOC为100，静置1h，注意平衡系统的启停。

重复上述步骤，每12个循环充电平衡后进行一次完整的充放电测试，当电池放电容量接近30Ah电池平衡状态的容量时停止实验。采用分段充电策略，均衡系统工作时间较长，周充电均衡系统工作时间在40~60分钟之间。部分工作时间见表3。测试结果如图6和图7所示。从图6可以看出，1C充电结束时压差超过30mV，流下过程中最大压差高于30mV。均衡12周后，放电容量从1841Ah增加到30735Ah，已达到完全均衡状态的放电容量。图7b中，7单元电池的内阻增大[11]，但7单元电池的容量并没有明显下降，不会影响本次的实验结果。可以看出，与恒流充电方式相比，截止电流分段充电方式的均衡效率更高，均衡系统每周平均工作时间为3035s，平均周均衡容量大于1Ah。

表3部分周平衡系统工作时间

a第1周b第4周

c第8周d第12周

3结论

对于压差控制的感应式电池组平衡策略，磷酸铁锂电池系统的实验结果表明

1使用压差作为均衡控制参数时，存在过平衡的可能性，特别是旧电池大电流充电时，电压处的压差超过30mV，如果均衡开路电压差值阈值设置过低，可能会导致均衡系统欠压。在上工作导致虚假均衡；如果均衡开路压差阈值设置过高，可能会缩短均衡工作时间，降低均衡效果。均衡系统工作在电压区，可能会降低电池系统在原始均衡状态下的可用容量。

2采用标准恒流充电策略，充电结束时才开启均衡，均衡效果较差。

3通过将平衡系统的最小平均电压设置为充电电压期结束时的平均电压来平衡系统工作在充电上，并采用分段降流充电策略，平衡系统可以在充电结束和休息过程中实现。高效均衡，可有效增加电池系统的充电容量，增加电动汽车的续驶里程。

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