ups电源均衡电流比较大,能达到1~3A,因此均衡速度快,单体之间能量的隔离传递减少了电路中能量的损耗,提高了均衡效率。存在的缺点是变压器体积相对较大,因此设计PCB时要充分考虑布局要求。开关电源均衡电路以开关和电源为基础,其核心仍旧以电容和电感为储能元件,对能量进行合适的转移,如图7-15所示。基于Cuk的均衡电路,电路通过电容和电感的组合形成基本的Cuk电路。当单体电池B,的电压大于B,的电压时,V,导通V。关闭,此时电容能量传递给B2,同时L,储存能量,电感L,由B,提供能量。一段时间后,V,关闭V,导通,B,向电容充电,L、继续向B,充电。Cuk电路有升压作用,因此电容能量的转移可以不受电池之间电压差的限制。电感和电容的结合使Cuk电路可以实现相邻两个电池单体间电量的连续不间断转移。开关电源型均衡电路有体积小、可扩展性好的优点,缺点是均衡电流较小。Buck-Boost均衡电路是基于单体电池与整体电池组之间传递能量的非耗散型均衡电路,如图7-16所示。电量较高的电池通过MOSFET有次序的开启与闭合控制,将电量传递至储能电感中。电容C,和电感L,协同工作,将储存在电感中的能量传递至整体电池组中。Buck-Boost均衡电路的优点是均衡速率比较快,均衡效率比较高。缺点是电路结构复杂,而且不方便维护。主动均衡也带来了新的问题,首先是结构复杂,尤其是变压器方案。几十串甚至上百串电池需要的开关矩阵如何设计?驱动要怎么控制?这是令人头痛的问题,也是为什么至今主动均衡功能无法完全集成为专用IC的原因。半导体厂家一直希望能做出统一的芯片,但在BMS上实在是力有不济。其次是成本问题,复杂的结构必然带来较高的电路成本,故障率上升是必然的,现在有主动均衡功能的BMS,售价会高出ups电源的BMS很多,这限制了主动均衡BMS的推广。
ups电源最优策略的方法结合均衡变量建立合适的不一致性评判标准,并在此基础上找出均衡电路最优的均衡方法。均衡策略技术发展时间比较短,研究者对此的研究也比较有限,但是,均衡策略的好坏直接关系到均衡效果的成败。没有均衡策略的均衡电路就如同没有大脑的人,只有均衡电路对电池组的均衡操作而没有一个明确的判断和准确的执行,这显然是不行的。现阶段的均衡方法主要有基于端电压的均衡策略、基于SOC的均衡策略和基于容量的均衡策略等。
基于端电压的均衡策略是在均衡过程中实时测量电池的端电压,用电压值的差异来表征电池间的不一致性,此方法的目标是使电池组中所有单体的电压值达到一致,来实现均衡的目的。以电压为依据的均衡策略简单、参量少、目标明确,对测量造成误差的因素也相对较少,数据可靠稳定。等人以端电压为均衡判据对电池组在充放电状态下进行均衡,实现了电压的一致性均衡。
ups电源作原理如下所述:当监控芯片检测到某只电池单体电压过高时,控制器发出驱动脉冲信号,开通与该电池单体直接相连(变压器一次绕组)的开关管,此时变压器的一次电流逐渐加大,储存能量。在较短时间内,电流近似线性上升。当变压器一次绕组电感一定时,电流的峰值与开关管的开通时间成正比;当开通时间一定时,电流的峰值与采样电阻值有关,当采样电阻值低于特定值时,电流峰值与采样电导成线性关系,这时可以改变采样电阻值来改变峰值电流大小。