基于电感的电池组分层主动均衡技术研究与开发

发布时间：2020-04-14 16:42

【摘要】：新能源汽车电池组中的各个电池在电池容量、内阻以及自放电率等参数上会存在差异,这种差异被称为电池的不一致性,会对电池组的可用容量及使用寿命产生不利影响。为了有效的减小电池不一致性对电池组的不利影响,需要对均衡技术进行研究。在电池组的主动均衡拓扑中,均衡速度和储能元件数量是影响其性能的两个关键指标。本文立足于电感型主动均衡拓扑的改进与优化,针对上述两个关键指标,分别提出了两种主动均衡拓扑。首先,针对传统的电感型均衡拓扑均衡速度较慢的问题,提出基于电感的分层式主动均衡拓扑IBLE(Inductor Based Layered Equalization)。该拓扑分为上、下两层,每层均衡电路都包含多个均衡器以构成均衡子电路,且不同均衡器之间互不影响,故该拓扑具有多个均衡路径。通过对该拓扑均衡原理的定量分析,得出电感和开关频率的取值与均衡电流的定量关系,并给出各个均衡器的最大占空比。仿真结果表明,相比于传统的电感型均衡拓扑,该拓扑具有更快、更稳定的均衡速度,并且比并行结构主动均衡拓扑PAE(Parallel Architecture Equalization)减少14%的均衡时间。然后,针对传统的电感型均衡拓扑储能元件数量较多的问题,提出基于电感的新型分层式主动均衡拓扑IBNLE(Inductor Based Novel Layered Equalization)。该拓扑分为上、下两层,每层均衡电路都采用一个均衡器对应两个电池单元的结构,以替代传统的一个均衡器对应一个电池单元的结构,故该拓扑具有更少的储能元件数量。通过对该拓扑均衡原理的定量分析,得出电感和开关频率的取值与均衡电流的定量关系,并给出各个均衡器的最大占空比。仿真结果表明,相比于传统的电感型均衡拓扑,该拓扑能在保证较快均衡速度的情况下,减少储能元件的数量,并且串联电池数更多时在储能元件数量上的优势更为明显。最后,对电池组主动均衡实验平台进行搭建,并分别对IBLE和IBNLE进行均衡实验。实验结果表明,IBLE和IBNLE均能有效的完成电池组的主动均衡,且均衡准确性较高。其中,IBLE能够实现较大的均衡电流,在很短时间内即可完成均衡;IBNLE具有更少的储能元件数量,且能保证较快的均衡速度。
【图文】：

电池组,实验平台,电池,充放电

第四章实验平台搭建及实验结果进一步验证基于电感的分层式主动均衡拓扑 IBLE 和基于电感的新型扑 IBNLE 的有效性，本章对电池组主动均衡实验平台进行搭建，并分电路和 IBNLE 主动均衡电路进行了均衡实验。该实验平台包括电池制器、电压采集电路、驱动电路以及主动均衡电路。实验结果表明，成电池组的主动均衡，其均衡速度快、均衡准确性高；IBNLE 同样能组的主动均衡，其储能元件数量较少，同时保证较快的均衡速度。验平台介绍对所搭建的电池组主动均衡实验平台进行介绍。如图 4-1 所示，在该括电池充放电设备、主控制器、电压采集电路、驱动电路以及主动均

电路原理图,电路原理图,采集电路,电池

华南理工大学硕士学位论文1.3 电压采集电路电压采集电路负责在均衡实验中对各个电池的电压数据进行采集，并作为均衡变送至主控制器。由于电池组的整体电压较高，并且其中每个电池的负极均不共地，存在较高的共压，故直接采用主控制器中集成的 ADC 采集模块并不可行。同时，在均衡实验中衡变量作为判断是否达到均衡阈值的依据，对采集精度要求较高。因此，需要单独压采集电路进行设计。实验平台中电压采集电路选用差分放大测量法，通过运算放大器 OP747 搭建的放大器和 OP07 搭建的电压跟随器，对各个电池的电压数据进行采集，，其电路原理图 4-2 所示。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912

【参考文献】