基于鋰電池組雙層均衡控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其仿真驗(yàn)證

摘 要：由于鋰電池組間能量的不均衡，文章提出一種新型雙層均衡控制電路，改善了單體電池間電壓差，從而實(shí)現(xiàn)電池組間能量的動(dòng)態(tài)均衡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案可以有效實(shí)現(xiàn)電池組間能量的動(dòng)態(tài)均衡，延長(zhǎng)鋰電池組使用壽命的目的。

關(guān)鍵詞：鋰電池組；雙層均衡；使用壽命

引言

面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)和環(huán)境污染的難題[1]，電動(dòng)汽車由于具有行駛噪聲小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn)格外受到人們的關(guān)注[2]。但在其使用過程中，工作環(huán)境不同以及電壓不均衡的積累又加劇了鋰電池組參數(shù)的不一致[3]。因此在實(shí)際應(yīng)用中必須對(duì)鋰電池組采取均衡措施。為解決目前鋰電池組電壓均衡方案普遍存在的問題，文章提出了一種新型的雙層無損均衡電路。該電路的主要特點(diǎn)是將整個(gè)電池組分為多個(gè)模組，每一個(gè)模組由3節(jié)單體電池構(gòu)成，因此可以使得非相鄰電池之間進(jìn)行能量的傳遞，從而大大提高了電池組的均衡速度和工作效率。

1 新型的雙層無損均衡電路

電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由底層Buck-Boost電路，頂層飛渡電容組成。如圖1所示，底層內(nèi)均衡以電感作為能量轉(zhuǎn)移媒介，實(shí)現(xiàn)單元內(nèi)單體電池間的能量轉(zhuǎn)移。頂層之間以飛渡電容法作為均衡媒介，實(shí)現(xiàn)電池單元間能量的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳遞，從而大大提高電池組間均衡的工作效率。同時(shí)雙層均衡系統(tǒng)間通過CAN總線實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，上下層均衡器協(xié)調(diào)動(dòng)作，互不干擾。與單層系統(tǒng)相比，該方案能快速實(shí)現(xiàn)鋰電池組間能量的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移，提高了整個(gè)系統(tǒng)均衡效率。

2 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)選用MATLAB/simulink進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證控制效果。在簡(jiǎn)化的情況下選取12串（4個(gè)電池模組，每個(gè)模組由3節(jié)單體電池組成）額定容量為2600mAh鋰電池進(jìn)行均衡實(shí)驗(yàn)，最大均衡電流5A，電感L為10μH，電感直流電阻約35mΩ，MOSFET導(dǎo)通電阻約30mΩ。

圖2為在均衡過程中電池模組間端電壓情況，由圖可以看出在均衡初期模組間壓差較大，但是在仿真后期模組間壓差明顯變小從而有效保護(hù)了電池組。圖3為均衡系統(tǒng)模組內(nèi)各單體電池端電壓情形。文章設(shè)計(jì)的新型主動(dòng)均衡系統(tǒng)可使各單體電池的電壓趨于一致，且用時(shí)較短，達(dá)到了良好的均衡效果。

3 結(jié)束語

文章立足于鋰電池在新能源領(lǐng)域的廣闊前景和實(shí)際應(yīng)用，圍繞均衡系統(tǒng)電路拓?fù)鋱D和控制策略，針對(duì)傳統(tǒng)均衡系統(tǒng)的不足，提出新型雙層無損均衡控制方案。仿真結(jié)果表明該均衡系統(tǒng)在單片機(jī)的控制下可以有效實(shí)現(xiàn)鋰電池組間的均衡效果。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：萬洪（1989-），男，四川人，碩士研究生，研究方向?yàn)槌牧蠈?duì)天線性能的改善及無線電力傳輸。