動力磷酸鐵鋰電池組均衡系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、在能源危機和環(huán)境保護的雙重壓力下，新能源技術(shù)作為解決方案，受到了越來越多的重視和發(fā)展。其中，蓄電池作為新能源系統(tǒng)中的重要儲能裝置，被廣泛的應(yīng)用于各種電氣設(shè)備中。以能量密度高、無記憶效應(yīng)、壽命長、自放電率低和良好的充放電性能為代表的磷酸鐵鋰電池自問世以來，已經(jīng)在多個工業(yè)和商業(yè)場合得以應(yīng)用，如航天設(shè)備、手機和電動汽車等。
　　磷酸鐵鋰電池組成動力電池時，往往需要多節(jié)的電池串聯(lián)和并聯(lián)，以滿足用電設(shè)備的電壓和容量等要求。由于磷酸鐵鋰電池有

2、著不可避免的不一致性，而這種不一致隨著電池組反復(fù)充放電而逐漸加劇，降低電池組的可用容量，甚至會影響電池組的安全工作。因此，在實際應(yīng)用中，電池管理系統(tǒng)往往被廣泛的應(yīng)用于動力電池組中。其中，電池均衡系統(tǒng)作為緩解電池不一致的重要技術(shù)手段，是電池管理系統(tǒng)最重要的組成部分之一。
　　現(xiàn)階段，電池均衡的普遍方法是將電池中的多余能量消耗或者將轉(zhuǎn)移給其它電池，稱為被動均衡和主動均衡。被動均衡主要應(yīng)用小功率或電池數(shù)量較少的電池組中，通過外部電阻將電

3、池中多余能量以熱能的形式消耗掉，達到電池組中各單體電池能量一致。主動均衡則是將電池中多余的能量在電池間轉(zhuǎn)移，達到電池中單體電池能量的動態(tài)平衡，實現(xiàn)電池組能量的最大利用。相較之下，主動均衡以外部電路為契機，以電容或電感等作為能量轉(zhuǎn)移元件，可以顯著的增加均衡電路，加快均衡速度和減少均衡損耗，做到快速和高效地電池均衡。
　　本文以新加坡淡馬錫理工學院清潔能源研究中心的深海動力磷酸鐵鋰電池輔助電源項目為基礎(chǔ)，把均衡系統(tǒng)的均衡速度、均衡效率

4、和元件數(shù)量作為考察對象，在應(yīng)用廣泛的Buck-Boost均衡電路的基礎(chǔ)上，提出了2種優(yōu)化后的均衡拓撲結(jié)構(gòu)。電池組合的Buck-Boost均衡電路在傳統(tǒng)均衡電路的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了各個均衡子電路僅能在相鄰電池傳遞能量的缺陷，減少了電池均衡過程能量轉(zhuǎn)移的步數(shù)，增加了均衡電流，從而提高了均衡速度;開關(guān)電感的Buck-Boost均衡電路則用開關(guān)電感模塊替代傳統(tǒng)電路中的電感，可以實現(xiàn)任意電池間的能量轉(zhuǎn)移，不僅減少了均衡系統(tǒng)中功率開關(guān)管的數(shù)量，而且提高

5、了均衡速度和效率。
　　就均衡控制算法而已，本文結(jié)合實驗室用磷酸鐵鋰電池的在一定條件下的充放電特性，指出了現(xiàn)有電壓均衡、SOC均衡和容量均衡的不足，提出了一種復(fù)用的電池均衡混合控制算法，在電池工作的不同階段，選用最合適的均衡判據(jù)，提高整個均衡系統(tǒng)的有效性和準確性。
　　為了驗證以上提出的均衡拓撲結(jié)構(gòu)和均衡控制算法，本文分別以深海用磷酸鐵鋰電池組和電動汽車的動力電池實驗對象，驗證了優(yōu)化前后均衡拓撲結(jié)構(gòu)的均衡效果和不同均衡控制算