基于同芯多绕组的反激式均衡系统研究

发布时间：2020-03-27 09:32

【摘要】：动力锂电池由于受各种因素不同程度的影响,导致单体之间产生自身参数不同程度的不一致性,采用均衡技术将单体工作状态差异程度控制在可接受的范围内是保证串联电池组能够安全可靠工作的有效途径。理想的均衡拓扑应该具有可靠稳定、高效快速、控制简单等特点,目前均衡拓扑众多,然而很难做到均衡速度和均衡效率同时兼顾,因此设计高性能的均衡拓扑及控制策略成为当前均衡技术研究的热点。本文构建了基于同芯多绕组的反激式均衡拓扑,通过对电路进行原理分析以及仿真验证,表明该拓扑能够实现任意单体之间的直接均衡。为深入分析均衡电路均衡性能的影响因素,建立了两种不同工作模式下的等效电路模型,对均衡拓扑中回路等效电阻、开关频率、占空比等参数对均衡效率和均衡速度的影响进行了理论推导,总结了各参数对均衡效率及均衡速度的影响规律,为均衡拓扑的优化设计提供理论支撑。通过分析电池组失衡的原因以及相关的表现形式,总结了目前常用的均衡控制变量的优缺点;以可用剩余容量最大化为目标,建立均衡过程的优化控制模型,求解模型获得基于最大剩余可用能量的均衡控制参数,通过相关的理论分析及仿真验证了算法在提高电池能量利用率方面的有效性。优化设计了均衡器驱动电路以提高均衡速度和效率,利用电池管理芯片LTC6803实现电池组的信息采集。搭建了六单体直接均衡系统,对均衡器的两种不同工作模式进行了实验验证,针对各个参数对均衡性能的影响分析,进行了参数验证实验,证明理论分析的正确性;模拟电池组不同工况下的工作状态,分别进行了静置均衡实验、充电均衡实验、放电均衡实验,验证了均衡系统在不同工况下的均衡功能。
【图文】：

充放电曲线,磷酸铁锂,充放电曲线,倍率

开路电压具有可直接测量、精度高等特点，但在电池单体刚进行完充放电最初的一段时间内，单体电压会有一定的波动，必须经过一段时间的自恢复，部电化学反应达到动态平衡时，此时测量的静置电位差才能称为开路电压，因开路电压测量的实时性差，由于开路电压关于 SOC 的曲线存在“平台期”，当体处于平台期时，即便较小的开路电压测量误差也可能导致较大的 SOC 误差。b) 以端电压作为均衡控制量电池端电压同开路电压一样，也具有便于测量的特点，相比开路电压而言端电压克服了开路电压实时性差的缺点，，并且单体的不一致性在端电压的体现对于开路电压变化幅值更大，有利于减小由于电压测量误差所带来的影响，图 3例举了锂电池不同倍率充放电曲线。现在很多动力锂电池组均衡都以端电压为制量，对电池组进行削峰填谷，防止电池单体过充过放。串联电池组工作流过电流幅值波动比较大，由于内阻的存在导致单体间最大端电压差波动比较大，最大端电压差超过均衡系统设定的阈值时，均衡系统就会产生误动作开启均衡使原本无需均衡的单体之间进行均衡。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912

【参考文献】