基于准谐振变换器的锂离子电池组均衡技术研究

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锂离子电池因其良好的性能被用作电动车的能源存储装置。电动车工作时往往需要高达数百伏的电压,单体锂离子电池无法达到,为此常将电池单体串并联成电池组来满足使用需求。由于使用环境的影响和制造工艺的限制,在使用中,串联成组的电池单体间会逐渐呈现荷电状态的不一致,这种不一致将导致电池组的实际可用容量降低、电池组使用寿命缩短甚至影响电池组的安全性能。为了改善这种电池单体间的不一致,减小其对电池性能的负面影响,需要引入电池组均衡技术。串联锂离子电池组的均衡实际上是通过特定手段达到组内各单体电池间电量的均衡,为此研究了锂离子电池特性及电池SOC的估算方法,总结出电池端电压与电量SOC的关系,为均衡提供依据。在深入研究现有均衡电路结构的基础上,设计了由主控模块、电池信息采集模块、均衡模块、上位机及显示模块等组成的均衡系统。系统核心的均衡模块采用基于准谐振变换器的集中式均衡结构,它以整组电池能量作为输入,经准谐振反激电源变换后向电量最少的单体电池补充能量,从而实现各单体电池间电量均衡;构成均衡系统的其他模块主要完成电池电压、温度、电流等信息的采集,模块之间的通信,主电路保护等功能。设计了系统整体结构,重点完成了准谐振反激变换器、继电器开关网络结构、电池信息采集电路、主控电路的软硬件设计,编写了上位机和工控屏显示程序。搭建了锂离子电池均衡实验平台,进行了电压采集实验、温度采集实验、均衡实验等。实验结果表明,所设计的采集装置能够较为精确的采集到电池电压、温度等参数,整个系统能够按照设定的均衡策略实现电池组内单体电池间的电量均衡。本文验证了所采用的SOC估算方法的有效性;电压采集电路精度较高,采集误差小于10mV;上位机可实时显示电池状态信息,实现人机交互控制;均衡模块均衡效果明显,实现了单体电池间电量均衡,延长了电池组工作时间,提高了电池组的可用容量。
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