锂离子电池组充放电均衡器及均衡策略

提出了一种基于Buck斩波电路和Boost-Buck斩波电路的锂离子电池组充放电均衡器。根据电池组的两种工作状态,采取两种不同的均衡策略:电池组处于充电状态时,电池组中荷电状态最高的强单体电池被均衡放电,强单体电池的充电电流减小,而同组中的其他单体电池不受影响;电池组处于放电或静置状态时,电池组中最弱的单体电池被均衡充电,而同组中的其他单体电池不受影响。均衡器具有均衡电路控制简单、易实现,被均衡的单体电池任意可选、均衡能量可双向传输、均衡电流易控等优点。详细阐述了两种均衡控制策略的工作原理,并采用此均衡器对串联的四个磷酸铁锂电池进行了充放电均衡实验,实验结果证明了此均衡器不仅改善了单体电池间不均衡程度,同时提高了电池组的充电容量和放电容量。     

动力电池均衡充电控制策略研究

针对动力电池组在使用过程中,由于单体电池的性能差异会在充放电过程中不断增大,最终导致电池组性能急剧下降和循环寿命缩短的问题,分析动力电池组均衡充电控制系统的电路模型,研究电池组快速充电的方法,提出一种能够消除单体电池性能差异对动力电池组循环寿命影响的均衡充电控制策略.该控制策略根据电池组中单体电池的不同状态,通过均衡电路微调单体电池的充电电流,从而实现电池组的快速均衡充电.在72V/120AH铅酸蓄电池组上进行对比充电测试,实验结果证明了该控制策略的有效性.     

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。     

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。     

并联电池组充放电均衡器及均衡策略研究

成组的单体电池需要进行能量均衡,以消除单体电池能量不一致给电池组性能造成的不利影响.使用并联电池组充放电均衡器,当任一单体电池达到所设定的充电截止电压时,均衡器可将该单体电池隔离出充电电路;放电过程中通过Cuk斩波电路给能量最低的单体电池补充能量,减小该单体电池的放电速率,从而实现充放电过程能量均衡.通过对4个单体电池组成的电池组进行仿真和均衡实验,结果表明该均衡器能够实现快速均衡,并有效地降低电池不一致程度.     

电池组均衡充电电路研究

分析了现有电池组均衡充电方案的不足之处,提出了一种简单、高效、高可靠性的均衡充电方案.该方案中的分流模块能自动实现单体电池间的能量转移,从而能逐步减小电池组的不一致性,它能保证电池组中所有电池单体在充电中后期都处在同一充电深度,防止了电池单体的过充,从而提高了电池组寿命.仿真验证了该方案的正确性.     

一种基于Cuk斩波电路的双向双层桥臂的蓄电池组均衡器的研究

为了快速有效地实现串联锂离子单体电池间的能量均衡,提出了一种基于Cuk斩波电路的双向双层桥臂的蓄电池组均衡器。此均衡器根据电池组的充放电状态采取两种不同的均衡策略:当电池组处于充电状态时,电池组中具有最高荷电状态的单体电池通过Cuk斩波电路被快速均衡放电;当电池组处于放电或静置状态时,电池组中具有最低荷电状态的单体电池通过Cuk斩波电路被快速均衡充电。均衡器拓扑电路原理简单、均衡电流连续、均衡电流可控性强、均衡效率高。最后对此均衡器进行了仿真实验,证明了此方案的可行性。     

纯电动汽车动力锂电池均衡充电的研究

针对电动汽车动力电池组中单体电池的不均衡将减少电池使用寿命和电动车单次充电行驶距离的问题,设计了均衡充电装置。通过对16节串联电池组的大量充放电试验得到电池电压之间的分散性曲线,并分析了均衡充电的必要性。根据锂电池充电特性,对电池不均衡度进行了数学建模,并提出单体电池SOC(State of charge)相对浓度和伪均衡的概念。均衡充电主电路采用反激变换器完成高频变压器的设计,同时通过软件实现均衡装置的自启动和结束,并采用两点标定法来提高A/D采样精度。最后采用Saber仿真软件和实验对设计进行了验证。结果表明:实现了恒流和恒压控制,并将电池分散性降低了61.86%。     

动力电池分层均衡控制研究

提出一种分层均衡电路,用于解决锂离子电池在串联成组时,由于单体电池的不一致性,产生的部分电池过充和过放的问题。分层均衡电路以单体电池荷电状态(state of charge, SOC)值作为均衡变量,将电池组分为3个小组,组内进行基于Buck变换器的均衡;在各小组之间搭建Buck-Boost电路,进行组间均衡。组内均衡与组间均衡相结合,提高了均衡效率。在MATLAB/Simulink平台搭建的仿真结果表明,相对于基于Buck变换器和基于Buck-Boost变换器的均衡电路,分层均衡电路在静置、充电和放电3种工况下,均衡时间相比基于Buck的均衡电路分别降低了21%、18%和30%,相比基于Buck-Boost的均衡电路分别降低了17%、29%和15%。电池组的均衡实验表明,该电路提高了单体电池一致性,能将电池组SOC值极差控制在0.1%以内,解决部分电池过充和过放问题,同时提高了均衡效率。     

基于能量分配的退役电池组均衡方法

针对退役电池组存在明显的不一致性问题,提出一种高效的可重构的均衡电路,该电路可以接入或旁路任意电池,以满足多个电池同时均衡的需求。在此基础上提出一种基于能量分配的均衡方法,通过非线性规划遗传算法求解各单体电池每个周期能量分配比例,从而计算出单体电池接入时长。同时在均衡过程中动态控制开关保持电池组接入电池数量固定,能有效避免可重构均衡电压波动大的问题。在MATLAB/Simulink搭建仿真模型验证,结果表明,与传统可重构均衡方法相比,所提方法在均衡过程中可以有效地保持电池组电压的稳定;与传统求解能量分配比例方法相比,所提求解方法在充电和放电状态下均衡时间分别减少约12.31%和13.39%,验证了方法的有效性。     

电池组用荷电状态均衡充电模糊控制策略

研究了一种电动汽车用磷酸铁锂动力电池组分布式主动均衡充电系统。该系统给单体电池分别配备了反激变换器均衡充电子模块和电池管理子模块,通过嵌入自适应卡尔曼滤波算法到电池管理均衡控制单元,完成单体电池荷电状态的实时估计。利用模糊控制策略,调节各均衡充电子模块的输出电流;与平均法均衡控制策略相比,使用的模糊控制策略能明显缩短均衡时间,降低电池组之间的不一致性。为验证所研究的均衡充电控制策略,对48 V/140 Ah磷酸铁锂动力电池组展开了充电模式下的系统均衡实验,实验结果验证了控制策略的有效性。     

基于储能电感对称分布的动态均衡充电的研究

针对串联动力蓄电池在充电过程中各单体电池存在的不一致性,提出了一种基于储能电感对称分布的均衡充电电路。详细分析了均衡电路的工作原理及均衡工作过程,并根据蓄电池充电态动态模型建立的端电压与电池荷电状态之间关系,解决了均衡电路开关器件脉冲占空比计算问题,使各单体电池荷电状态在充电过程中实现均衡。实验表明,该方法能快速实现电池间能量的动态转移,有效弥补电池组的不一致性,充分发挥动力电池的性能。     

一种改进的VRLA电池组无损均衡充电电路

分析了现有VRLA电池组均衡充电方案的不足之处，提出了一种简单、高效、高可靠性的均衡充电方案。该方案中的分流模块能自动实现单体电池间的能量转移，从而能逐步减小电池组的不一致性，它能保证电池组中所有电池单体在充电中后期都处在同一充电深度，防止了电池单体的过充，从而提高了电池组寿命。仿真及实验验证了该方案的正确性。     

一种单电感双向电池均衡电路

针对传统集中式电池均衡电路体积大、不易扩展、均衡精确度低;而分布式均衡电路存在元件多、成本高的问题,提出了一种单电感双向电池均衡电路,该均衡电路采用Buck-Boost变换器与开关矩阵相结合的方式实现对整个电池组的均衡,通过对电感的时分复用实现对每一个电池独立均衡控制。均衡电路中电感电流工作于断续模式,消除了各电池之间的交叉影响。研究了该均衡电路的工作模式和控制策略,在此基础上研制了针对4个电池单体的均衡实验电路,均衡实验验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性,同时,无论电池组在充电、放电,还是静置状态,该均衡器均能保证均衡精确度在20 m V以内。     

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。     

一种磷酸铁锂动力电池组主动均衡充电系统

研究了一种电动汽车用磷酸铁锂动力电池组分布式主动均衡充电系统。该系统由单体电池管理模块和整车控制器组成。各模块之间通过CAN总线通信,单体电池管理模块与整车控制器之间通过CAN-USB总线适配器进行通信。电池组中各单体电池分别配备了单体电池管理模块,单体电池管理模块由单体电池检测单元和单体电池均衡充电单元构成,单体电池均衡充电单元采用反激变换器实现由电池组向单体电池荷电状态低的电池进行补充电,从而实现各单体电池荷电状态的基本一致,延长电动汽车续驶里程。最后对系统进行了48V/140Ah磷酸铁锂电池组在静置模式下的均衡实验。     

基于电感的串联电池组新型主动均衡拓扑及控制策略

均衡技术对提高串联电池组充放电的可靠性、延长电池寿命等具有重要的意义。针对现有电感均衡电路存在能量仅能在相邻电池单体之间转移、应用场合有限以及电路中元器件数目较多等问题,提出了一种基于电感的串联电池组新型主动均衡拓扑,并研究了相应的均衡控制策略。通过对电感的选择性充放电,实现电池单体和电池组之间的能量转移,避免了能量仅在相邻电池单体之间转移而导致均衡时间过长的缺点,具有电路结构简单、易于控制等优点。通过对所提均衡电路拓扑及其开关模态的分析,以及对均衡策略的详细介绍,给出了均衡系统的整体设计方案。仿真和实验结果表明,所提出的均衡方案具有良好的均衡效果。     

锂离子电池组在线均衡系统设计

分析锂离子电池组不一致性产生的原因,阐述了电池组均衡的意义。在分析现有均衡电路拓扑结构的基础上,提出一种3 A电流充电均衡电路,完成了电池组在线均衡系统硬件电路设计。以电池组容量利用最大化为均衡目标,提出了电池组在线均衡控制策略。最后搭建电池组均衡测试平台实验验证了在线均衡系统及控制策略的可行性和可靠性。     

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。     

采用附加电源的均衡电路与容量自均衡方法

可重构均衡电路可以较好地兼顾元器件使用数目,均衡转换效率,方便地对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。为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,提出了带有附加电源的可重构均衡电路。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,文中还提出容量自均衡方法,充分利用电池容量的差异,间接地提高均衡速度。采用此均衡电路及均衡方法进行了均衡实验,实验结果表明,所提出的均衡电路不仅可以保留传统可重构均衡电路的优点,还可以在均衡过程中维持负载电压,并且配合所提出的均衡方法,相较于将电池组中最低荷电状态(State of Charge,SOC)的电池均衡至最高SOC值的传统方法,均衡速度提高了约44.8%。