应用于储能单元的串联电池模块主动均衡研究

串联电池组广泛应用于电动汽车和储能电站等多个领域。在长时间使用后,电池单体由于制造工艺和使用环境的差异容易出现电量的不均衡,影响电池组整体容量和功率性能的发挥。为此,针对储能单元电池模块提出了一种双向主动均衡系统,该系统包含串联电池模块、开关阵列、主动均衡DC/DC变换器、电池信息采集单元等。对均衡主电路基本工作原理及控制过程进行了分析,利用16节电池串联构成的电池模块在构建的均衡实验平台上进行了双向电量均衡实验验证,均衡结果表明,初始最大SOC差异40%的电池组经过均衡后SOC最大相差1.1%,证明了均衡系统的有效性。     

一种基于推挽变换器的模块化电池均衡电路

在串联充放电过程中,动力电池组容易出现电池过充和过放现象,这会缩短电池组寿命并导致安全隐患,电池均衡电路能够消除电池差异对电池成组使用的影响,是提升动力电池组性能的重要手段。提出一种基于推挽变换器的模块化电池均衡电路,该均衡电路由多个推挽变换器均衡模块单元构成,只需同步控制每一个均衡模块的开关器件,便能实现能量从高电压电池到低电压电池的直接传输,缩短了能量传输路径。同时,通过采用交流耦合方式在各单体电池之间进行能量传递,消除了均衡模块间的交叉影响,增加了电路的可扩展性。对提出的均衡电路进行详细分析,并与现有的均衡电路进行性能对比,最后通过实验测试验证了理论分析的正确性。     

一种延长电动汽车蓄电池寿命的均衡充电控制策略

电动汽车用动力电池组都是由多个单体电池串联而成,由于单体电池的性能不可能完全一致,串联使用过程中,初期的细微差异在每次充放电的放大作用下,一段时间后单体电池间的性能差异就会逐渐增大,从而导致电池组性能急剧下降和循环寿命缩短。通过分析电池组提前失效的原因,针对耗散型均衡控制电路,深入研究电池组均衡充电控制的电路模型,并在此基础上提出一种既能够实现电池组快速充电,又能够消除单体电池不一致对电池组循环寿命影响的均衡充电控制策略。根据所提出的均衡充电控制策略,对72 V/120 AH铅酸蓄电池组进行对比测试,实验结果说明了该策略的有效性。     

基于灰色理论的电动汽车充电均衡控制

电动汽车的动力电池组由多个单体电池组成,每个电池生产和使用过程中的差异往往会随着长期的充放电过程而加剧,最终影响整个电池组的性能。目前虽然存在多种均衡充电控制方法,但是都存在着不足。对已有方法进行了分析,提出了一种新的基于灰色理论的均衡控制策略,并用新方法对电池组做了充电实验,验证新方法的可行性。     

基于四管双向变换器的退役电池组有源快速均衡方法

该文提出一种用于梯次利用电池组的高效快速的有源均衡电路及其控制策略。首先,通过四管双向变换器,将退役电池组中不平衡电池能量传递至由超级电容构成的能量中转单元,然后,再由变换器将超级电容中的能量分配至电池组中能量较低的电池单元,实现串联电池组的平衡。四管双向变换器的4个主开关管工作在同步整流的工作模式,在实现能量双向流动的同时,保证变换器本身具有较高的能量转换效率;采用K-Means聚类均衡算法对退役电池组中不相邻的单体电池优先进行均衡,然后再对电池组内部“电池簇”进行均衡,实现梯次利用电池组的高效快速均衡。为验证所提均衡方法的有效性,在MATLAB/Simulink软件中进行软件仿真,并搭建实验平台对6节串联梯次电池进行均衡实验。实验结果表明,与传统的电池均衡方法相比,该方法具有更短的均衡时间以及更高的均衡效率。     

基于ARM的串联电池组均衡系统设计

为解决串联电池组在循环充放电过程中不一致性逐渐加剧造成的整个电池组的性能下降和寿命缩短的问题,提出了以STM32系列ARM为核心的串联电池组全程动态均衡系统。该系统具有独立的补电均衡和耗散均衡控制模块,实现了电池在充放电全过程中的动态均衡,提高了均衡效率,缩短了均衡时间,同时解决了目前常用均衡方案发热量大,能量消耗大的问题。     

基于Buck-Boost电路的能量转移型均衡方案

提出了一种基于Buck-Boost电路的新型均衡电路,实现了锂离子串联电池组充放电均衡。根据均衡能量流向,采取两种不同的均衡策略:电池组放电时,均衡能量由电池组向组内荷电状态(state of charge,SOC)较低的单体电池转移;电池组充电时,均衡能量由电池组中SOC较高的单体电池向电池组转移。以单体电池开路电压在线估计为基础,运用开路电压法估算SOC,选取SOC值在一定阈值范围之外的单体电池作为均衡对象,对6节串联的磷酸铁锂电池进行了充放电均衡实验。实验结果表明,该方案可以有效减小单体电池间的不一致性,提升电池组的整体性,同时提高了电池组充放电容量。     

大电流均衡电路的研究与设计

电池组是由多个电池单体串联组成的,电池单芯的不一致性会导致电池组整体性能下降,需要对电池组进行均衡控制。此处分析了不同均衡控制方法的优缺点,针对大电流充放电条件下的均衡要求,设计了一种电池大电流均衡电路,并提出了基于此电路的快速高效均衡控制策略。测试结果表明,所设计的电路可实现大电流的均衡,且控制灵活、损耗低,能够有效地改善电池组电压不一致问题。     

一种新型双开关反激式电池串电压均衡方法

串联电池组中单体电池间的电压不均衡会造成蓄电池使用寿命缩短以及电池组能效降低。针对传统反激式电压均衡电路开关管电压应力大,拓扑结构复杂等问题,介绍了一种基于双开关反激式串联电池组电压均衡方法,其双开关反激式结构将开关管电压应力钳位于总电池堆电位,共用开关管以及钳位二极管的结构大大减少了有源器件数量。分析了电路电压均衡原理,介绍变压器设计依据以及均压实现方法。通过对4个3.9 V/2 600 m Ah锂离子电池单体串联组成的串联储能系统进行仿真和实验验证,结果证明了该电压均衡方法的可行性及优越性。     

基于等效电路模型的串联电池组不一致分布特征仿真分析

车载和电池储能系统中,为了获得高功率需要将单体电池串联后成组运行,但不一致问题的存在会使电池容易遭受过充和过放,缩短电池寿命甚至造成安全隐患。本文针对磷酸铁锂串联电池组,通过预报误差法辨识出模型参数,建立准确的一阶等效电路模型,仿真分析电池内阻和极化电压等内部参数。将影响电池不一致的因素分为电池本体参数差异和运行条件差异,其中本体参数包括初始SOC和最大可用容量,运行条件包括放电倍率和放电截止电压。在不同本体参数和运行条件的影响下,将端电压差异分解为开路电压差异、极化电压差异和欧姆压降差异,然后基于串联等效电路仿真分析端电压不一致的具体构成,最后采用基于SOC一致的均衡策略探究均衡条件下电池组电压不一致的分布特点。     

一种均衡电路及均衡方法研究

可重构均衡电路能较好地兼顾元器件使用数目,均衡转换效率,满足电池组内任意单体电池进行均衡的需求,但对电池组进行均衡时负载电压会有波动。在保留可重构均衡电路优点的前提下,较好地解决上述问题,提出带有附加电源的可重构均衡电路。在均衡过程中,通过让附加电源代替被均衡的单体电池,为负载供电,达到稳定负载电压的目的。在此基础上,文中还提出一种均衡方法,不同于将电池荷电状态(State of Charge,SOC)均衡至目标值的传统方法,通过留有一定的裕量,减少因电池容量差异,导致存在不必要均衡现象的发生次数,间接地提高均衡速度。采用此均衡电路及均衡方法对串联的8节具有不同初始SOC的18650电池进行了均衡实验,其中1节电池为附加电源。实验结果表明,所提出的均衡电路配合所提出的均衡方法,可以较好地对电池组进行均衡。     

串联电池组主动均衡拓扑及控制策略研究

电池单体以串、并联的形式构成电池组，广泛应用于各类储能系统中。由于制造工艺和使用环境的不同，以及电池单体间内阻、库伦效率等参数的不一致在反复充放电后形成电池组电量的不均衡，导致电池组可用容量下降、电池组整体功率衰退等。为此，针对串联电池组提出了一种包括基于正激变换器的双向DC/DC变换器及开关阵列的主动均衡电路拓扑。在主电路工作原理分析的基础上，进一步提出了一种基于聚类分析的SOC均衡控制策略，并以8节电池单体串联构成电池组进行均衡验证实验。实验结果表明经过均衡操作后，不均衡电池组可用容量有所提升，证明了均衡策略及均衡系统的有效性。与传统的“平均差”法可用容量提升2.6%相比，所提出的均衡策略可用容量提升10.8%，提升效果更明显，在均衡时间基本一致的前提下，对电池组一致性改善效果更好。     

低轨卫星电源系统锂离子电池组主被动混合均衡拓扑

低轨卫星电源中锂离子电池均衡系统是保障电池单体一致性,充分利用电池组容量,提高电池可靠性和循环寿命的重要部分。被动均衡技术由于结构简单、控制容易等优点,在直流母线卫星电源系统中占绝对主要地位。但是,被动均衡有热设计复杂的缺点,而且往往仅在电池充电时均衡,会导致电池单体放电深度不能得到一致控制,从而影响电池组寿命。主动均衡技术具有较高的效率和均衡速度,而且可以采用智能化的控制方法,是锂离子电池均衡技术的主流发展方向。主动均衡技术往往需要大量的开关和储能器件、复杂的控制算法,存在体积大以及可靠性低的缺点。现有的大多数主动均衡技术还不能直接应用于直流母线卫星电源系统。本文根据低轨卫星电源储能蓄电池的工作特性,提出一种基于开关矩阵的主被动混合均衡拓扑,具有结构简单、控制容易、可靠性高的优点,并通过实验证明其可行性。     

新型充放电均衡一体化电池管理系统研究

电动汽车串联动力电池组的不一致问题,使得成组电池在容量利用、使用寿命及安全等方面的性能远不及单体电池.分析了电动汽车动力锂电池组不一致产生的原因,以及现有均衡方案存在的问题.提出了一种基于SOC的新型充放电均衡一体化电池管理系统(BMS)方案,并依据车载在线均衡要求设计了均衡硬件电路.实车验证表明,通过均衡模块作用整组电池的可用容量提高了 1.2％,降低了电动汽车电池的使用和维护成本.     

动力电池分散逻辑式均衡系统及其均衡策略研究

研究了一种适合高压动力电池组的分散逻辑式均衡系统,并分析了该系统结构及其控制策略。在所提出的电池均衡系统中,整车电池组被划分为多个电池模组进行模块化分散管理。均衡变换器结合电池模组的电压信息,构造变参数下垂控制器,调节电池模组输入输出功率,实现电池模组的实时均衡。与此同时,均衡变换器还可以代替车内辅助铅酸蓄电池为车内低压设备供电,减小了车内电气单元的体积与成本。对均衡控制策略的稳定性进行了分析,对均衡变换器(双向双半桥变换器)进行了建模与设计,实验结果验证了均衡系统及均衡策略的可行性。     

电动自行车电池组的被动均衡充电

串联电池组有主动均衡和被动均衡两种充电模式。主动均衡充电可以有效延长电池组的寿命。我国电动自行车铅酸蓄电池普遍采用被动均衡充电方式。对于24 V以上的铅酸蓄电池组,被动均衡充电方式不能有效控制每一只电池,可能导致实际容量早衰,循环寿命缩短。     

电动汽车动力电池均衡系统的设计和试验

针对成组前电池单体初始性能差异和使用过程中差异的放大等不良问题,考虑到主动均衡和被动均衡的优缺点,提出了一种电池单体之间采用主动均衡,电池包之间采用被动均衡的新均衡方案。系统以单体电池端电压和电池包端电压作为控制目标参数,根据电池单体的ε值和电池包的δ值与设定的阈值进行比较来控制场效应开关管和三极管的开闭,进而实现主动均衡和被动均衡。实验结果表明,均衡系统在充电、放电两种状态下都能够起到均衡效果,从而说明了均衡系统的有效性,达到了设计的目的。     

基于耦合绕组的锂电池组主动均衡方案研究

针对锂电池组在充放电过程中出现能量不一致的问题,采用传统的Buck-Boost均衡电路和Flyback均衡电路的均衡方法,提出一种可减小电路尺寸、提高均衡速度和均衡效率的基于耦合绕组的新型主动均衡电路。通过对耦合绕组的选择性充放电,会有三种不同的工作模式来实现单体之间的能量转移,并调节PWM驱动信号占空比来提高均衡器的工作效率。在均衡控制策略方面,根据锂电池开路电压(OCV)与荷电状态(SOC)之间的一一对应关系,提出了基于电压和SOC双变量的均衡控制策略,主要是通过电压快速均衡和修正均衡以及SOC均衡阶段同时实现电压均衡和SOC均衡,更加合理地保证电池组动态性能一致。实验结果表明,该方案可以减少电池组的均衡时间,并且降低了能量损耗,提高了均衡效率,使电池组的整体性能达到最优状态。     

基于容量差的电动汽车主动均衡控制策略研究

电动汽车车载动力锂电池组的不一致性问题会严重降低电池组的整体性能。本文针对传统的均衡控制策略均衡时间长、均衡效率低、控制复杂等问题提出了基于容量差的均衡控制策略,通过分析电池组不均衡特性,包括瞬态响应特性、静态不均衡特性和恒流不均衡特性,研究电池的容量和电压关系,对均衡容量进行了定量分析,在此基础上制定了基于容量差的均衡控制策略。分别在台架和实车上验证了均衡控制策略,实验结果表明,相比传统的电池组均衡控制策略,这种新的控制策略可以快速完成电池组中单体电池的容量均衡,实现了均衡的高效率。