動(dòng)力電池主動(dòng)均衡方案總結(jié)

11/1722/17工程：純電動(dòng)中型公務(wù)客車研發(fā)及示范動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡方案合工大: 安凱:編 制： 校 對(duì)：校 對(duì)： 審 核：審 核： 批 準(zhǔn)：合肥工業(yè)大學(xué)20231115日目錄\l“_TOC_250024“背景 1\l“_TOC_250023“均衡變量的選擇 2\l“_TOC_250022“以開(kāi)路電壓作為均衡變量 2\l“_TOC_250021“以工作電壓作為均衡變量 2\l“_TOC_250020“以SOC作為均衡變量 3\l“_TOC_250019“以剩余可用容量作為均衡指標(biāo) 3\l“_TOC_250018“主動(dòng)均衡方案 4\l“_TOC_250017“基于電容式均衡拓?fù)錁?gòu)造 4\l“_TOC_250016“基于單電容均衡拓?fù)錁?gòu)造 4\l“_TOC_250015“基于多電容均衡拓?fù)錁?gòu)造 5\l“_TOC_250014“基于電感式均衡電路 6\l“_TOC_250013“基于單電感均衡構(gòu)造 6\l“_TOC_250012“基于多電感均衡構(gòu)造 7\l“_TOC_250011“基于單繞組和多繞組變壓器的均衡電路 7\l“_TOC_250010“基于單繞組變壓器均衡構(gòu)造 7\l“_TOC_250009“基于多繞組變壓器均衡構(gòu)造 8\l“_TOC_250008“基于DC/DC變換器式均衡策略 9\l“_TOC_250007“基于Buck變換器均衡構(gòu)造 9\l“_TOC_250006“基于Buck-Boost變換器均衡構(gòu)造 10\l“_TOC_250005“基于CUK變換器均衡構(gòu)造 10\l“_TOC_250004“均衡拓?fù)錁?gòu)造總結(jié) 11\l“_TOC_250003“均衡策略選擇 13\l“_TOC_250002“最大值均衡法 13\l“_TOC_250001“平均值及差值比較均衡策略 13模糊掌握法 14\l“_TOC_250000“動(dòng)力電池組均衡技術(shù)總結(jié) 14背景電池制作工藝限制，即使同一批次的電池也會(huì)消滅不全都；電池組中單體電池的自放電率不全都；致差異的放大。電池均衡技術(shù)是保證電池組正常工作，延長(zhǎng)電池壽命的必要模塊和技術(shù)。衡過(guò)程是將串聯(lián)蓄電池組中能量較高的單體蓄電池中的能量通過(guò)電阻轉(zhuǎn)化成熱散肯定的電池能量，故而現(xiàn)在已經(jīng)較少使用，本文檔也不再累述。均衡變量的選擇

1.1電阻分流的被動(dòng)均衡策略以開(kāi)路電壓作為均衡變量目前多數(shù)均衡系統(tǒng)以開(kāi)路電壓作為均衡變量，由于開(kāi)路電壓為直接觀測(cè)量，簡(jiǎn)潔測(cè)量，并且開(kāi)路電壓與SOC之間存在肯定的關(guān)系，開(kāi)路電壓到達(dá)全都時(shí)電池組SOCSOC與工作電壓也存在類似正相關(guān)關(guān)系，開(kāi)路電壓較高的電池，SOC因此在電池組處于擱置狀態(tài)時(shí)以開(kāi)路電壓作為均衡變量可以在肯定程度上改善OCV-SOC變化范圍很小，要求均衡系統(tǒng)采集模塊具有較高的采集精度。以工作電壓作為均衡變量11/17SOCSOC處于中間階段時(shí)單體間工作電壓差距可能會(huì)很小，需要保證均衡系統(tǒng)的采樣精度。作為均衡變量SOCSOC全部單體電池同時(shí)到達(dá)充放電截止電壓，使得電池組容量得到有效利用。同時(shí)，SOCSOC池組SOCSOC作為均衡變量最大的問(wèn)題在于SOCSOC高精度SOC衡系統(tǒng)具有足夠的運(yùn)算力量。以剩余可用容量作為均衡指標(biāo)與SOC度對(duì)電池組進(jìn)展均衡，同樣能夠避開(kāi)低容量電池導(dǎo)致的“短板效應(yīng)”，充分發(fā)揮SOCSOC主動(dòng)均衡方案量流向角度也可以分為單向和雙向均衡。電池均衡被動(dòng)均衡 主動(dòng)均衡

流電阻

單電容型多電容型多電感型

單繞組多繞變壓器組變電壓器感型Buck器3.1電池均衡電路構(gòu)造基于電容式均衡拓?fù)錁?gòu)造

Buck/ 全Boost 橋變換 變器 換器

Cuk器

Ramp器在基于電容式均衡策略的電路拓?fù)渲?，最根本的電路拓?fù)錁?gòu)造有兩種，分3.23.3所示；二者的主要差異在于均衡過(guò)程中參與均衡的電容數(shù)量以及均衡電路的掌握方式的不同?；趩坞娙菥馔?fù)錁?gòu)造3.24/175/1710/17該策略構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，但是均衡電路體積小，均衡速度快。3.2單電容均衡策略電路基于多電容均衡拓?fù)錁?gòu)造對(duì)于多電容均衡電路，一組電容器在串聯(lián)電池組相鄰電池之間傳遞電荷，的MOSFET裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此其開(kāi)關(guān)頻率可以高達(dá)上百KHz，所需平衡電容容信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作。3.3多電容均衡策略電路基于電感式均衡電路基于電感式均衡策略是以電感作為能量轉(zhuǎn)移的載體，實(shí)現(xiàn)各單體蓄電池之間能量的均衡。依據(jù)電感的耦合形式，又可分為單/多電感均衡策略，均衡電路3.43.5?；趩坞姼芯鈽?gòu)造單電感式主動(dòng)均衡中每個(gè)單體電池兩端通過(guò)開(kāi)關(guān)連通兩條單向路徑，分別連向中間儲(chǔ)能元件電感L的兩端，通過(guò)掌握開(kāi)關(guān)陣列使得能量能在任意兩節(jié)單仍舊較低。3.4單電感均衡策略電路拓?fù)浠诙嚯姼芯鈽?gòu)造3.5所示，傳輸，降低了均衡速度，同時(shí)也會(huì)增加能量損失。3.5多電感均衡策略電路拓?fù)浠趩卫@組和多繞組變壓器的均衡電路基于單繞組變壓器均衡構(gòu)造。3.6為單繞組變壓器均衡策略電在各個(gè)單體蓄電池中進(jìn)展均勻安排，從而完成能量的均衡過(guò)程。3.6單繞組變壓器均衡策略電路拓?fù)浠诙嗬@組變壓器均衡構(gòu)造多繞組變壓器均衡電路一般指反激式多繞組變壓器均衡拓?fù)潆娐罚ぷ髟贒CM(斷續(xù)模式)易消滅磁飽和。多磁芯變壓器式主動(dòng)均衡增加了變壓器式均衡構(gòu)造的擴(kuò)展性，每個(gè)單體對(duì)該方案需要的變壓器數(shù)量較多，本錢高，占用空間大且難以布置。3.7多繞組變壓器均衡策略電路拓?fù)?.8多鐵芯多繞組變壓器均衡電路變換器式均衡策略基于DC/DC變換器式均衡策略是指利用DC/DC變換電路，常見(jiàn)的如各式直Buck變換器、Boost變換器、Buck-Boost變換器、Cuk變換器等，其電路拓?fù)?.93.103.11所示。嚴(yán)格的說(shuō)以上四種拓?fù)錁?gòu)造只是DC/DC，在這幾種電路構(gòu)造中還可能與以上介紹過(guò)的電路構(gòu)造有重復(fù)的地方。Buck變換器均衡構(gòu)造Buck變換器屬于降壓型DC/DC變換器構(gòu)造，其輸出電壓等于或小于輸入電壓的單管非隔離直流變換器。依據(jù)電感電流I是否連續(xù),Buck變換器有3種工作模,掌握比較便利、簡(jiǎn)潔。而不連續(xù)導(dǎo)電模式為非線性系統(tǒng)，不好掌握。3.9Buck變換器均衡策略電路拓?fù)浠贐uck-Boost變換器均衡構(gòu)造Buck-Boost變換器是升降壓型DC/DCBuck-Boost變換器構(gòu)造組成消滅支路電流疊加的狀況，須認(rèn)真設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)以保證系統(tǒng)穩(wěn)定。3.10Buck-Boost均衡策略電路拓?fù)銫UK變換器均衡構(gòu)造Buck-BoostBuck-Boost升降壓變換器存在輸入電流和輸出電流脈動(dòng)值較大的缺點(diǎn)而提出的一種一種非隔離式單管DC-DC升降壓反極性變換器，BUCK-BOOST變換器一樣，CUK構(gòu)造也具有升Cuk型均衡電電容和電感傳遞給相鄰電池。Cuk型電路，本錢較高。均衡拓?fù)錁?gòu)造總結(jié)

3.11Cuk變換器均衡策略電路拓?fù)湮茨苡庠降募夹g(shù)問(wèn)題，導(dǎo)致均衡力量不能夠到達(dá)要求?；诙嗬@組變壓器均衡方案N個(gè)次級(jí)繞組只能對(duì)應(yīng)N個(gè)電池單體，單體數(shù)難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)的難題；最重要是關(guān)斷時(shí)電流回路中巨大的尖峰電流和浪涌電流，給電路中的電容器帶來(lái)巨大的沖擊，縮短電容器壽命甚至損壞電容器；另外，雖障警報(bào)和處理機(jī)制，安全性下降。4.1均衡拓?fù)錁?gòu)造比照單電容型開(kāi)關(guān)較少，均衡速率快需電壓檢測(cè)模塊從而到達(dá)快速均衡方案 優(yōu)點(diǎn)單電容型開(kāi)關(guān)較少，均衡速率快需電壓檢測(cè)模塊從而到達(dá)快速均衡多電容均衡

量損失較多單電感型構(gòu)造簡(jiǎn)潔，均衡速度快單電感型構(gòu)造簡(jiǎn)潔，均衡速度快開(kāi)關(guān)瞬間有能量損失，開(kāi)關(guān)頻率高，需濾波電容

流大

開(kāi)關(guān)瞬間有較大能量損失，開(kāi)關(guān)頻率了均衡速度，增加能量損失單繞組變壓器均衡速度快，低磁損失單繞組變壓器均衡速度快，低磁損失掌握簡(jiǎn)單，本錢高，磁芯和繞組依據(jù)電池組電壓和單體電壓而定，通用性差

均衡

用性差Buck變換器直流電壓輸出穩(wěn)定，構(gòu)造簡(jiǎn)潔輸出電壓等于或小于輸入電壓，僅用于Buck變換器直流電壓輸出穩(wěn)定，構(gòu)造簡(jiǎn)潔輸出電壓等于或小于輸入電壓，僅用于單向均衡Cuk變換器均衡能量可雙向流淌，均衡速度快，效率較高掌握簡(jiǎn)單，電壓檢測(cè)精度要求高

衡，對(duì)于電池?cái)?shù)量多的系統(tǒng)易于實(shí)施

構(gòu)造簡(jiǎn)單均衡策略選擇原理，目前主要有三種均衡策略。最大值均衡法這種方法以串聯(lián)電池組中單體電壓值最高的單體為均衡對(duì)象通過(guò)開(kāi)關(guān)陣列選通電壓最高的單體對(duì)電壓最低的單體放電直至到達(dá)均衡設(shè)定指標(biāo)設(shè) 為串聯(lián)電池組中電壓最高的單體電壓值， 電池組中電壓最低的單體電壓。β為均衡開(kāi)啟閥值，假設(shè) - >β〔依據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，單體電壓差值超過(guò)36mV視為不均衡〕則將電壓最高的電池能量釋放給串聯(lián)電池組或者電壓最低的單體，直到 - ≤β，則均衡終止。降低系統(tǒng)的均衡效率。平均值及差值比較均衡策略單體的電壓值與電池組的平均電壓值，進(jìn)而對(duì)電壓較高的單體放電；或者比較相鄰單體的電壓與 壓較高的單體進(jìn)展放電。判定是否均衡有如下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)公式：,〔i,j=1,2,3i≠j〕其中，為單體的電壓值， 為電池組的平均電壓值，β 與β 為給定正數(shù)。β 打算了均衡策略對(duì)掌握精度的要求，β 定了單體之間的最大壓差這兩個(gè)參數(shù)分別打算了均衡系統(tǒng)的均衡精度和均衡效果。狀況。模糊掌握策略數(shù)漸漸下降，充放電特性隨著充放電倍率和環(huán)境溫度發(fā)生較大的變化，其SOC型。而智能型掌握理論—模糊規(guī)律掌握(FuzzyLogicControl,FLC)格外適合這樣5.1所示。主要包括以下三個(gè)步驟：依據(jù)隸屬函數(shù)和模糊規(guī)章離線計(jì)算查詢表(Matlab/fuzzy)；將模糊掌握查詢表存入單片機(jī)；檢測(cè)單體狀態(tài)，查表確定PWM以驅(qū)動(dòng)均衡電路。RuleRulebaseV1輸出電流IV2FuzzifierInferenceengineFuzzifier5.1模糊掌握策略模糊規(guī)律掌握具有魯棒性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好、掌握參數(shù)簡(jiǎn)潔的優(yōu)勢(shì)，可以動(dòng)態(tài)地依靠專家閱歷，針對(duì)不同的電池單體需建立不