单体锂电池电压通常在2.5～4.25V之间,其电压与容量在许多场合下无法满足负载场景的应用需求。通常需要将多个单体锂电池串并联成组构成储能系统,但储能系统的整体性能并不是单体锂电池的线性叠加。单体锂电池通常具有较长的使用寿命和循环次数,而储能系统因单体锂电池的不一致性,会随着充放电的循环次数增加,导致电池容量较快衰减。此外,储能系统的规模越大,其单体电池数量就越多,当某局部一旦出现故障或热失控,故障电池很难立即退出系统,从而引起连锁反应,造成其余正常工作的电池失常。基于以上问题,本文提出了一种集变储一体的能量微元,以单节锂电池作为储能单元,将DC/DC变换器与之融合,形成一种变换与控制一体的“能量微元”结构。DC/DC变换器将单体锂电池电压抬升至所需电压,控制单元对单体锂电池进行电量估计与管理、过充、过放、过流、过温保护并显示其状态。每个能量微元可独立控制,完成充放电一体化管理。该结构具有易扩展,模块化,可靠性高等特点,以分布式方式供能来彻底解决多个单体锂电池扩展成组的不一致性问题。首先,在储能系统的研究背景下,对锂电池的不一致性的表现形式,产生不一致性因素以及锂电池不一致性所带来的危害在本文进行了详细的分析。并总结了目前改善不一致性的措施,对现有的解决方法进行分析与对比,比较了各自的优势与劣势。其次,基于锂电池不一致性分析的基础上,完成对系统的参数设计。通过对比不同DC/DC变换器,讨论了不同拓扑的优缺点并结合能量微元特点,选取了合适的变换器的拓扑,双向高增益变换器和正激有源钳位变换器。接着从工作模态以及与原理分析介绍了系统的电路结构,重点分析了参数设计。同时运用仿真软件Saber搭建电路模型,验证了该系统电路的可行性。根据参数的设计完成了硬件电路部分,通过PCB的合理布局将控制电路,辅助供电,驱动电路以及采样电路集成一体。最后,基于系统的设计方案,搭建实验样机,完成实验测试。系统选用TMS320F28035微控制器进行数字控制。编写系统充放电程序,以及SOC估计。最终搭建400W的实验样机,完成对软硬件的调试,测试样机的各项指标。该系统以分步调试记录工作状态下的实验波形,验证了集变储一体能量微元的可行性和实用性。