電池系統(tǒng)架構(gòu)

鎳鎘電池與隨后出現(xiàn)的鎳氫電池多年來一直主宰著電池市場。鋰離子電池是最近才進(jìn)入市場的，但由于其性能有極大提高，因此其市場份額增長非常迅速。鋰離子電池的儲能容量非常驚人，但即便如此，單個(gè)電池單元的容量不論從電壓還是從電流方面仍都太低，不能滿足一個(gè)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的需要。并聯(lián)多個(gè)電池單元可以增大電池所提供的電流，串聯(lián)多個(gè)電池單元?jiǎng)t可以增大電池提供的電壓。

電池組裝商通常利用一些縮略短語來描述其電池產(chǎn)品，例如“3P50S代表該電池組中有3個(gè)并聯(lián)的電池單元、50個(gè)串聯(lián)的電池單元。

模塊化結(jié)構(gòu)在對包含多個(gè)串聯(lián)電池單元的電池進(jìn)行管理時(shí)是很理想的結(jié)構(gòu)。例如，在一個(gè)3P12S的電池陣列中，每12個(gè)電池單元串聯(lián)之后就組成了一個(gè)模塊（block）。然后，這些電池單元就可通過一塊以微控制器為核心的電子電路對其進(jìn)行管理和平衡。

這樣一個(gè)電池模塊的輸出電壓取決于串聯(lián)電池單元的個(gè)數(shù)和每個(gè)電池單元的電壓。鋰離子電池單元的電壓通常在3.3V到3.6V之間，因此一個(gè)電池模塊的電壓約在30V到45V之間。

混合動(dòng)力車的驅(qū)動(dòng)需要450V左右的直流電源電壓。為了根據(jù)充電狀態(tài)來補(bǔ)償電池單元電壓的變化，比較合適的做法是在電池組和發(fā)動(dòng)機(jī)之間連接一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器。這個(gè)轉(zhuǎn)換器還可以限制電池組輸出的電流。

為確保DC-DC轉(zhuǎn)換器工作在最佳狀態(tài)，要求電池組電壓在150V到300V之間。因此，需要串聯(lián)5到8個(gè)電池模塊。

平衡的必要性

如果電壓超出允許的范圍，鋰離子電池單元就很容易損壞（見圖2）。如果電壓超出了上、下限（以納米磷酸鹽型鋰離子電池為例，下限電壓為2V，上限電壓為3.6V），電池就可能出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的損壞。其結(jié)果至少是加快電池的自放電速度。電池輸出電壓在一個(gè)很寬的充電狀態(tài)（SOC）范圍內(nèi)都是穩(wěn)定的，電壓偏離安全范圍的風(fēng)險(xiǎn)很小。但在安全范圍的兩端，充電曲線的起伏相對比較陡峭。因此，為預(yù)防起見，必須嚴(yán)密監(jiān)控電壓。