高容量电池组主动均衡系统设计与研究

发布时间：2020-04-20 06:24

【摘要】：在电动汽车以及高能储能应用中,高容量电池作为重要组成部分决定着系统的整体性能潜力,但因电池批次不同和电池的生产工艺以及老化损耗等原因造成同一批次的电池特性差异,该差异在不加外部干扰的情况下会随着时间而不断放大,将会严重影响系统的总容量与使用寿命。因此,研究如何可靠、快速、高效地减少乃至消除电池间的差异,对于高容量电池组的应用具有重要意义。本文通过对比分析高容量电池电化学与等效电路模型以及荷电状态(State of Charge,SOC)估计方法,确定采用基于双极化模型(Dual Polarization,DP)的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)对电池的SOC进行估计,通过仿真与实验对模型精确度做了评判,并通过仿真验证了EKF的SOC估计效果。设计了电芯层面的主动均衡系统。采用基于LTC6811与LTC3300的集成芯片解决方案,搭建了外围电路,从而实现了包括电压、电流、温度检测的电池主动均衡系统(其主动均衡电流峰值高达16.67A),并通过实验验证了电芯间的均衡效果及实际效率。针对高容量电池在放电、充电、静置状态下的运行特性,提出了对应的均衡策略,旨在提高系统的针对性,以及提升电池组的整体运行效果,并通过实验验证了策略的可行性及有效性。最后,针对当前研究极少的液态金属电池的电芯间主动均衡,给出了一种交叉大电流均衡解决方案,并通过仿真与实验验证了方案的可行性。
【图文】：

产品,电池,架构

因生产差异，电池在不同工况下内外部条件的不一致造成特性差异逐渐加大，电池组中的 SOH 较差的电池更容易造成过充过放等不利情况，随着每次充电-放电循环，较弱的电池将变弱，直到电池发生故障，导致电池过早失效。当前已有多种实用的电池平衡方法以通过均衡电池能量来解决该问题。BMS 系统的均衡架构主要有分布式及集中式两种，结合二者特征发展起来的有模块化架构，其中模块化架构为国内厂家广泛使用。1、分布式架构[6]，如图 1-3 所示，菊花链环形拓扑结构，单体电池的电压、温度等采集和均衡功能直接安装到每支电池上，所有电池通过总线与中央控制器连接。该型结构的优点主要有：只需一个主控汇总各电池信息，，针对单个电池的集成控制板设计一次后便可应用到整个组，设计简单，菊花链环形拓扑使得连线少，各单体电池控制板独立完成功能，可靠性高，且易于扩展。但缺点同样显著：因为每支电池都需要一块控制板，所以安装繁琐、总体成本较高。当前市场上采用该架构的典型产品如图1-2、表 1-4 所示。

产品,电池组,电池,信号线路

华中科技大学硕士学位论文出模拟信号线路至各电池，温度采样线路根据设计布置在电池组中。该型架构优点有：设计、构造简单；缺点：主控控制所有的电池，可靠性不高，电池组中接线较长且多，能够管理电池的数量由主控单元决定，一般较少，在中小型电池组中应用比较多。当前市场上采用该架构的典型产品如图 1-4、表 1-5 所示。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912

【参考文献】