近年来,“双碳”政策的实施,促进我国新能源技术和产业取得了长足的进步。特别是锂电池的应用,已经成为新能源电动汽车的核心动力来源,受到了全球各界的广泛关注和重视。为了能够满足新能源电动汽车的电压和功率的需求,通常需要将多个锂电池单体串并联使用。然而,由于每个电池单体之间存在不一致性,在多次充放电后,部分电池单元可能会出现过充或过放的现象,如不采取有效措施,会大大降低整个电池系统的可靠性,缩短其使用寿命,甚至可能引发严重的安全隐患。因此,开发一种安全、高效、可靠的电池均衡控制系统,对改善电池单元之间的不一致性具有重要意义。本文在分析现有有源均衡电路的基础上,以提升锂电池间均衡效率和均衡速度等方面作为研究的切入点,融入两种不同的均衡拓扑结构,设计了一种高效的分级均衡控制系统。该均衡系统将均衡方式分为两种:模块内均衡和模块间均衡。模块内采用双向Cuk均衡电路结构,模块间采用同芯多绕组反激变换器均衡结构。本文首先具体分析了模块内均衡电路的工作原理,推导了电路工作特性的公式,并对其相应器件的电压电流应力情况进行了分析。此外,还根据均衡电路特点,采用了一种双闭环控制策略,详细介绍了如何用状态空间平均法对电路进行建模,设计内环和外环控制器。并通过仿真验证得出,该控制策略与传统控制策略相比可以显著缩短均衡时间,同时具有良好的稳定性。然后,对模块间均衡电路的工作原理和工作模态进行了详细分析。研究了电路中非理想因素对模块间均衡电路的影响,分析了模块间均衡电路在考虑漏感情况下的均衡原理及工作特性。此外,还根据模块间均衡电路和系统整体工作特点,确定了模块间均衡策略和系统协调控制策略。经过仿真验证,发现仿真波形与理论分析完全一致,所提出的拓扑结构和控制策略能够迅速实现电池间的均衡。且在均衡时间上,它比传统的单层均衡需要更少的均衡时间。最后,根据上述均衡原理的分析,设计了均衡系统的硬件和软件,搭建了一台基于STM32控制的四节电池的实验样机。并根据所搭的实验样机,对各均衡电路的工作原理和均衡控制策略进行了相应地验证。