SOH 均衡技术是 BMS 系统不可或缺的技术。本节基于 SOH 均衡的研究现状和趋势,从主动均衡、被动均衡和复合均衡三个角度出发,对未来 SOH 均衡技术的发展趋势进行展望,提出未来 SOH 均衡技术可从以下几个方面展开研究:
(1)主动 SOH 均衡技术发展方向及建议。现有的主动 SOH 均衡方案主要以 DC/DC 变换器为载体,研究 DC/DC 变换器控制方案。通过调节DC/DC变换器开关状态实现能量调节和 SOH 均衡,具有均衡速度快,效率高等优点。但现有基于 DC/DC 变换器方案要求中央控制器和通信、控制较复杂、成本较高、只能实现单个锂电池组内部储能单元 SOH 均衡,不易于实际应用。现有基于逆变器的 SOH 均衡方案,同样具有均衡速度快,效率高等优点,并能实现交流微电网锂电池组间 SOH 均衡。但现有方案仍无法摆脱对通信的依赖。针对主动均衡方案存在的问题,未来可重点研究如何利用多代理、下垂控制等控制技术,实现无中央控制器、弱通信、甚至无通信状态下的锂电池SOH 均衡,降低方案应用成本和难度。除目前已存的基于 DC/DC 变换器和逆变器的主动 SOH 均衡方案,还可以考虑基于电容、基于电感和基于变压器 SOH 均衡方案:①基于电容 SOH 均衡方
案。基于开关电容的 SOH 均衡方案中每个锂电池通过各自的开关与电容并联,电容器在与 SOH 高的锂电池单元并联时充电,在与 SOH 低的锂电池单元并联时放电,利用电容器在相邻电池之间传输能量,从而实现锂电池 SOH 均衡;②基于电感 SOH 均衡方案。基于电感 SOH 均衡系统利用一个电感将电池组之间的能量转移到 SOH 最差的电池。控制器通过激活相应的开关实现电池组之间的能量转移和 SOH 均衡;③基于变压器 SOH 均衡方案。在基于变压器 SOH 均衡方案中,每个次级绕组通过二极管连接到单独的锂电池单元。初级绕组通过开关连接在电池组,通过 50% 的占空比切换,能量从 SOH 高的锂电池传输到 SOH 低的锂电池。
(2)被动 SOH 均衡技术发展方向及建议。现有基于分流电阻被动 SOH 均衡方案于具有可靠性较高、结构简单、成本低的优点。但该方案中能量以热的形式在电阻中释放,而没有转移到其他电池。因此,该方法均衡速度慢,能量损耗大且需要通信。未来可对开关控制算法进行优化,减少开关导通和关断的次数,进而减少能量损耗。此外,除现有基于分流电阻 SOH 均衡方案,还可研究基于固定分流电阻的 SOH 均衡方案。该方案可将初始 SOH 高的锂电池串联接入阻值更高的电阻,消耗更多的能量,从而实现 SOH 均衡。该方案的特点和基于分流电阻的 SOH 均衡类似,未来难点在于研究SOH 和电阻值之间的联系,通过合理配置电阻阻值,减少能量损耗。
(3)复合 SOH 均衡技术发展方向及建议。现有复合 SOH 均衡方案能同时实现单台锂电池组内各个锂电池单元和多台锂电池组间的 SOH,是未来研究的重点。但也面临控制复杂度和成本高、存在能量损耗难题。此外,现有方案只讨论了 B-MMC 拓扑下 SOH均衡方案,需要中央控制器和通信。未来可重点研究利用多代理等先进控制技术,消除对中央控制器的依赖,减少通信量,降低控制成本。同时,可进一步研究先进多级控制算法。利用多级控制,在不使用外接电阻的前提下,同时实现单台锂电池组内各个锂电池 SOH 均衡和多台锂电池组间 SOH 均衡,减少能量损耗。最后,还可针对不同拓扑结构,研究相应的均衡算法。