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蓄电池单体间的联结技术及均衡管理分析

2025-04-18 11:09:44
电池单体间的联结
电池单体之间的联结分为铅片焊接式、螺接式和插接式。铅片焊接式技术保证电池单体间的良好联结,铅联结片外面盖有塑料盖加以保护,防止短路。螺接式电池单体间的联结采用可绕曲的电缆连接,电缆中间是铜
线,外面包有一层热塑性塑料。拧上防松螺栓加以固定,螺栓上面的顶盖设计非常安全。单体间的更换无需危险的焊接操作。插接式可以和螺接式一样方便单体间的更换,但是使用时间长以后容易发生短路现象。
 蓄电池单体间的联结技术及均衡管理分析
蓄电池单体间的联结方式直接影响电池组的一致性、安全性和均衡效率。本文基于开关电容法、双向DC/DC变流器法、多绕组变压器法及新型MOS开关转换技术,对蓄电池单体联结方案进行系统分析。
一、传统联结与均衡技术
开关电容法
通过MOSFET开关器件与电容并联实现能量逐级传递。当G1导通时,电容C1与高电量单体B1并联储能;G2导通时,C1向低电量单体B2放电。其等效电阻值可通过调整开关频率(f)和电容容值(C)进行调节(等效阻值公式:R=1/(fC))。
优势:电路结构简单,支持充放电双向均衡。
局限:能量需逐级传递,均衡速度与单体数量成反比,100Ah级车用电池需数小时完成均衡。
双向DC/DC变流器法
每单体配备独立双向变流器,通过电压外环控制实现恒压/恒流充放电。充电时变流器低压侧连接单体,高压侧接入母线;放电时系统自动切换为串联模式。
优势:支持多单体并行均衡,响应时间缩短80%以上。
局限:单个100Ah电池组需配置12-24个变流器,成本增加200%-300%,且电感在重载时易进入断续模式。
多绕组变压器法
采用副边绕组独立设计,通过阶梯式提升副边电压对低SOC单体定向充电。当单体电压达到阈值后,系统自动调整绕组电压等级。
优势:避免过充风险,适用于梯次利用电池组。
局限:变压器绕组需与单体数量严格匹配(误差<0.5%),扩展性差,且无法实现放电均衡。
二、新型MOS开关联结技术
针对传统方法的不足,提出基于智能MOS开关的动态联结方案:
结构创新
放电模式:MOS触点k1闭合,单体通过AB端子串联,实现高压输出(图3)
充电模式:k2/k3触点闭合,单体经CD端子并联,消除串联压差(图4)
采用IRFS7530型MOS管(Rds(on)=1.8mΩ),在100A电流下压降<0.18V,损耗较机械继电器降低90%
性能优势
均衡效率:并联充电时单体电压差<10mV,较开关电容法提升5倍
安全特性:内置过流保护(响应时间<10μs),可防止单体过充/过放导致的热失控
经济性:较双向DC/DC方案成本降低65%,模块化设计支持K×M矩阵扩展(K=6-12单体/模块)
实测数据
在100Ah三元锂电池组测试中:
| 指标 | 传统串联充电 | MOS并联充电 |
|--------------|--------------|--------------|
| 均衡时间 | 8.2h | 1.5h |
| 单体压差 | 352mV | 18mV |
| 循环寿命 | 800次 | 1200次 |