动力锂电池组主动均衡系统设计与研究

作     者：敖川 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈艳;王士彬

授予年度：2023年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：动力锂电池组 不一致性 集中式主动均衡 均衡管理系统 均衡电路 

摘      要：在“碳达峰和“碳中和的战略指引下,新能源电动两轮车迅速发展,动力锂电池因其能量密度高、循环寿命长、工作温度范围宽等优点,常被作为电动两轮车的动力源。单体锂电池电压较低且容量较小,为了满足实际应用的电压等级和容量需求,通常将多节锂电池串并联成组使用。由于制作工艺及使用过程的复杂性,单体锂电池会存在不一致性,在串联使用时会降低锂电池组的可用容量并存在安全隐患,本课题就此问题展开研究。首先,针对均衡管理系统功能及动力锂电池组单体电池端压不一致问题提出了一种充电器充电电流完全用于组内单体电池均衡充电的集中式主动均衡管理系统方案。该方案通过电池管理系统前端芯片SH367309实时监测组内单体电池端压,当某单体电池端压达到均衡开启阈值时开启均衡电路,并实时调节充电器充电电流与均衡电流相适应,使得充电器直接通过均衡电路向组内未满电的单体电池充电,直至所有单体电池端压达到均衡阈值。其次,根据集中式主动均衡管理系统方案对系统进行了软硬件设计。硬件电路设计中,对主控单元及外围电路、均衡单元电路、从属管理单元电路、辅助单元电路进行了原理设计与器件选型,并对均衡电路中隔离降压的反激变换器以及恒流输出的同步Buck变换器做了详细的原理分析与参数计算。软件程序设计中,设计了系统主程序、数据采集程序、充放电管理程序、串口通信程序、均衡策略控制程序、充电开关控制程序、均衡电路启停程序以及Buck变换器电流反馈控制算法。最后,研制了一套基本功能齐全的带集中式主动均衡功能的动力锂电池组均衡管理系统实验样机。利用该样机对24串15Ah的磷酸铁锂动力电池组进行均衡充电与不均衡充电对照实验,均衡充电完成后组内单体电池端压趋于一致,且端压极差从不均衡充电的147m V降至15m V以内。实验数据验证了提出的集中式主动均衡管理系统方案的正确性和可行性。