具有灵活路径的多模式串联均衡系统研究

作     者：王少晨 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨世彦

授予年度：2020年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：串联储能电源 直接均衡 灵活路径 均衡策略 复杂失衡 

摘      要：锂电池有循环周期长、自放电率低以及绿色环保等优点,在工业领域具有广泛的应用。当锂电池组工作时,个别电池可能会出现过充或过放现象,长此以往会降低电池组的实际容量和能量利用率,严重时甚至会危害系统的安全。电池均衡技术由此产生,通过平衡电池组中各单体的能量来提高电池组的工作性能。针对目前的均衡拓扑普遍存在的能量转换形式固定、均衡动作变换次数较多以及均衡路径单一等问题,本文从构建新型均衡拓扑出发,开展了串联储能电源均衡系统的应用基础研究。本文提出的具有灵活路径的多模式串联均衡电路可以将相邻的失衡单体构建成均衡单体组,通过Buck-Boost和反激两种工作模式实现单体与单体、单体与单体组或单体组与单体组之间的能量一步式直接传递,能够最大限度地缩短均衡能量传输路径,提升均衡系统的灵活性。为了探究均衡性能参数与各电路参数间的函数关系,建立了均衡拓扑的简化电路模型,根据电路原理推导出均衡电流、均衡功率和均衡效率等参数的表达式,并借助仿真实验验证了推导结果。然后分析了均衡电路参数和均衡模态对均衡电路工作性能的影响,根据分析结果选择了均衡电路的导通状态和参数。为了测试均衡电路的基本工作模态,设计了由均衡主电路、模拟前端电路、主控器和驱动电路四个部分组成的串联储能电源均衡系统。编写了均衡基本动作程序,在此基础上完成了均衡基本模态实验,分别探究了均衡拓扑在不同工作模式和不同工作模态下的均衡性能,为均衡策略设计及均衡系统复杂失衡实验的参数计算提供参考。为了探究均衡系统处理电池组复杂失衡情况的能力,针对由四节锂电池构成的串联电池组设计了基于电压极值型均衡策略和基于目标电压型均衡策略,并利用这两个均衡策略完成了两组均衡对比实验。结果表明基于目标电压型均衡策略可以通过成组均衡显著提高均衡速度,还可以保证各单体电压在均衡过程中始终呈单调性变化。综上所述,使用基于目标电压型均衡策略控制具有灵活路径的多模式串联均衡系统有助于解决串联电池组的失衡问题。