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新型锂电均衡管理系统结构设计

电源技术 2016年第8期40卷 1580-1581,1708页

作者：徐瑞芬何明珠中国电子科技集团公司第十八研究所天津300384

锂离子蓄电池组在卫星电源系统上逐步广泛应用,使得卫星电源系统不断向轻量化、小型化发展,因此对锂电均衡管理控制也提出了新的要求。在保证产品功能、性能和工作可靠性的条件下,为了进一步降低产品质量、减小产品体积同时优化生产工艺... 详细信息

锂离子蓄电池组在卫星电源系统上逐步广泛应用,使得卫星电源系统不断向轻量化、小型化发展,因此对锂电均衡管理控制也提出了新的要求。在保证产品功能、性能和工作可靠性的条件下,为了进一步降低产品质量、减小产品体积同时优化生产工艺,对锂电均衡管理系统的各项设计进行了优化。通过新型锂电均衡管理系统的结构设计,不仅实现了体积小、质量轻,而且具备通用化、模块化和系列化的特点。

关键词：锂离子蓄电池均衡管理系统结构模块化设计

纯电动汽车主被动多级式电池均衡管理系统设计与研究

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纯电动汽车主被动多级式电池均衡管理系统设计与研究

作者：张凤博太原理工大学

学位级别：硕士

动力电池组及其应用是影响电动汽车发展的关键因素之一,其中锂离子电池组是纯电动汽车的常用车载动力源。由于锂电单体之间存在着不一致性,使得电池成组后的能量密度及使用寿命都会劣于电池单体。另外,动力电池组在实际使用过程中,很难... 详细信息

动力电池组及其应用是影响电动汽车发展的关键因素之一,其中锂离子电池组是纯电动汽车的常用车载动力源。由于锂电单体之间存在着不一致性,使得电池成组后的能量密度及使用寿命都会劣于电池单体。另外,动力电池组在实际使用过程中,很难严格保证浅充浅放原则进行工作,这不仅会对动力电池系统的安全性造成影响,也会使动力电池组的可用最大容量随着时间的推移而降低,与额定容量产生偏离。为了能更好地满足电动汽车对于能量使用的要求,延长动力系统的整体使用寿命,对电池组进行安全、可靠、高效的均衡管理是研究的一个重要方向。本文以18650型三元锂离子动力电池组为研究对象,在对其准确估算荷电状态(SOC)的基础上,完成了主被动多级均衡拓扑结构的设计,并匹配相应的均衡控制策略。最后采用仿真与试验结合的方式,实现一种以SOC为均衡变量的主被动多级均衡管理系统,可以在权衡成本与复杂程度的前提条件下,尽可能地缩短能量传输路径、减少损耗、提高均衡效率。其中,主要研究工作为:(1)对HCYINR18650型三元锂电池的实际容量、库伦效率等技术参数进行了校核,结合Thevenin等效电路模型,对电池的OCV-SOC曲线及RC进行参数辨识并深入剖析了以电池SOC为均衡变量的优势。(2)为满足均衡控制系统对于控制变量的需求,设计了一种自适应高斯—厄米特滤波算法对锂电SOC进行实时估计更新,相较于传统的高斯—厄米特滤波算法以及扩展卡尔曼滤波算法,该算法具有更高的估算精度,可以将SOC的估算误差维持在2%内,有效地控制滤波发散。(3)对现有的均衡电路结构进行了比较,阐述分析了主被动多级均衡结构的优势,设计了一种针对动力锂电池组的主被动多级均衡拓扑结构,并拟定了相应的均衡控制策略进行仿真。结果表明,相较于传统的被动均衡电路,该均衡结构可以在静置状态下缩短约58.2%的均衡控制时间。(4)以意法半导体STM32芯片为核心MCU,设计了以主从式为总体架构的均衡管理系统,搭配LTC6804分别对各采集模块及均衡控制模块等硬件电路进行了设计。通过均衡控制试验,验证了本文所设计的均衡管理系统具有提高动力电池组SOC一致性的能力。

关键词：动力电池组 SOC估计多级拓扑结构均衡管理系统

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电动汽车串联电池组电压均衡管理系统研究

电动汽车串联电池组电压均衡管理系统研究

作者：化春雨燕山大学

学位级别：硕士

近年来，环境污染和能源危机日益加重，电动汽车以其清洁环保、节约能源的优势成为各国研究的热点。电动汽车主要依靠动力电池提供能量来源。但是，动力电池的储能量少，使用寿命有限，这成为制约电动汽车发展的关键问题。由于单体电池... 详细信息

近年来，环境污染和能源危机日益加重，电动汽车以其清洁环保、节约能源的优势成为各国研究的热点。电动汽车主要依靠动力电池提供能量来源。但是，动力电池的储能量少，使用寿命有限，这成为制约电动汽车发展的关键问题。由于单体电池储电量有限，而且单体的电压比较低，所以电池一般要串并联以后才可以使用。如此一来，由于单体间性能的差异，又会引起电池组内单体间电量的不均衡问题，电池组在不均衡状态下使用，会影响电池的利用率，降低电池的使用寿命。所以，解决电池组的均衡问题对电动汽车的发展有着至关重要的意义。课题从前人研究的基础上入手，分析各种均衡方法的优缺点，并在此基础上进行改进，提出了改进的开关矩阵均衡方法，并给了出相应的拓扑结构。此方法在原来的基础上，将开关数量减少一半，大大节省了成本，同时减少了硬件设计的复杂度。以磷酸铁锂动力电池为研究对象，依据给出的拓扑结构，设计了相应的硬件系统，结合静态时的偏差控制法和动态时的周期性滞后补偿控制法，设计了相应的软件系统，搭建了均衡管理系统试验平台。同时，为了便于系统调试，还设计了输入输出系统和上位机数据接收系统。另外，为了提高系统安全性，加入了报警系统和错误应急保护措施，基本上完善了电池均衡管理系统的功能。通过搭建的试验平台，对磷酸铁锂动力电池组进行放电试验，并通过上位机系统接收检测到的测试数据。最后，利用MATLAB软件对检测的实验数据进行处理和分析，绘制出相应的实验测试曲线。试验结果表明，系统很好的实现了对电池组的均衡管理，从而，也验证了改进方法的可行性。

关键词：均衡管理系统充放电均衡开关矩阵磷酸铁锂动力电池

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锂离子电池均衡管理系统设计

船电技术 2017年第1期37卷 13-16页

作者：孙佳胡旦王晓晨付志超武汉船用电力推进装置研究所武汉430064

串联锂电池之间存在一致性的问题,影响了锂电池的性能和寿命,均衡管理是解决锂电池一致性问题的有效方法。本文设计了一种均衡系统,并详细介绍了该系统的控制策略、硬件和软件设计。实践表明该均衡系统在应用中能够满足实际需求,可以有... 详细信息

串联锂电池之间存在一致性的问题,影响了锂电池的性能和寿命,均衡管理是解决锂电池一致性问题的有效方法。本文设计了一种均衡系统,并详细介绍了该系统的控制策略、硬件和软件设计。实践表明该均衡系统在应用中能够满足实际需求,可以有效的改善锂电池的一致性问题。

关键词：锂离子电池一致性均衡管理系统

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电动汽车锂离子电池组均衡管理系统设计

上海电机学院学报 2012年第3期15卷 152-156,162页

作者：郑翔黎梅云孙福龙张筑亚上海电机学院电气学院上海200240

介绍了一种电动汽车锂离子电池组均衡管理系统及控制方法。均衡拓扑为双向DC/DC集中式有源无损均衡,利用超级电容器组构成外部能量过渡装置,通过控制双向DC/DC对电池组中的单体电池进行低充高放的均衡。系统以电压、电量均衡为目标,利... 详细信息

介绍了一种电动汽车锂离子电池组均衡管理系统及控制方法。均衡拓扑为双向DC/DC集中式有源无损均衡,利用超级电容器组构成外部能量过渡装置,通过控制双向DC/DC对电池组中的单体电池进行低充高放的均衡。系统以电压、电量均衡为目标,利用电池的充、放电曲线估算使不均衡单体回到组内平均水平所需的时间,通过逐次逼近的方法进行均衡。实验结果说明了系统的有效性和可靠性。该均衡管理系统的均衡效果良好,有利于延长电池组的使用寿命。

关键词：锂离子电池组均衡管理系统数字信号处理器电动汽车双向DC/DC变换器

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动力锂电池组主动均衡系统设计与研究

动力锂电池组主动均衡系统设计与研究

作者：敖川重庆理工大学

学位级别：硕士

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,... 详细信息

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。

关键词：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

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电动汽车动力电池组主动均衡系统研究

电动汽车动力电池组主动均衡系统研究

作者：赵宏亮湖南大学

学位级别：硕士

目前,作为电动汽车动力来源的动力电池系统一直是制约电动汽车的主要技术瓶颈之一,随着对整车的电压、功率性能的不断提高,不得不串联大量的单体电池进行组合使用,由于不断的循环工作次数的增加,导致各单体电池出现容量、电压以及内阻... 详细信息

目前,作为电动汽车动力来源的动力电池系统一直是制约电动汽车的主要技术瓶颈之一,随着对整车的电压、功率性能的不断提高,不得不串联大量的单体电池进行组合使用,由于不断的循环工作次数的增加,导致各单体电池出现容量、电压以及内阻不一致,若出现此类现象会使得电池组的容量利用率降低。本文以三元锂电池为研究对象,设计了动力电池组均衡管理系统,包括以下工作内容:（1）分析对比了几种常用电池模型,选用了能够精确地模拟电池外特性的二阶Thevenin等效模型,在此基础上对三元锂电池进行了内阻、端电压、开路电压外特性实验分析,并对建立的等效模型进行了离线参数辨析,通过充放电工况验证了搭建的Matlab/Simulink模型的准确性。（2）利用均衡电路中的电流是有方向的,采用有向图的方式对常用的锂电池组均衡方案进行了分析,结合Buck-Boost变换器和反激DC/DC提出了一种多层非能耗均衡拓扑结构,并详细的分析了均衡电路内的工作模态。对比不同均衡变量的优缺点,选用以电池SOC作为均衡变量,采用均值-差值的均衡策略,通过利用设计的模糊控制器动态的调节均衡电流的大小,达到能量效率的优化。通过搭建的Matlab/Simulink模型,与传统的Buck-Boost均衡结构进行仿真对比,最终结果表明,本文提出的均衡方案能有效的提高了均衡速度以及能量的利用效率。（3）对提出的电池组均衡方案进行了硬件和软件设计,采用MC9S12XDP512作为主控芯片,电压和温度采集芯片为AD7280A,电流采集芯片为ACS712,利用分布式结构,对均衡系统各功能模块进行了硬件设计。采用Code Warrior开发环境,并对各模块进行了软件程序设计,通过基于开发的Lab VIEW上位机实现电池组的实时监控。（4）设计了均衡系统PCB板,搭建测试实验平台,以6节单体电池作为实验电池组对象,在0.2C的充放电工况下进行均衡实验,总结分析实验结果,最终验证了该均衡方案的有效性以及较高的均衡效率。

关键词：电动汽车三元锂电池均衡管理系统非能耗均衡能量效率优化