動(dòng)力磷酸鐵鋰電池組均衡系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、在能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，新能源技術(shù)作為解決方案，受到了越來(lái)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(chǔ)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(wú)記憶效應(yīng)、壽命長(zhǎng)、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(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)在多個(gè)工業(yè)和商業(yè)場(chǎng)合得以應(yīng)用，如航天設(shè)備、手機(jī)和電動(dòng)汽車等。
　　磷酸鐵鋰電池組成動(dòng)力電池時(shí)，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?xí)绊戨姵亟M的安全工作。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，電池管理系統(tǒng)往往被廣泛的應(yīng)用于動(dòng)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(dòng)均衡和主動(dòng)均衡。被動(dòng)均衡主要應(yīng)用小功率或電池?cái)?shù)量較少的電池組中，通過(guò)外部電阻將電

3、池中多余能量以熱能的形式消耗掉，達(dá)到電池組中各單體電池能量一致。主動(dòng)均衡則是將電池中多余的能量在電池間轉(zhuǎn)移，達(dá)到電池中單體電池能量的動(dòng)態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)電池組能量的最大利用。相較之下，主動(dòng)均衡以外部電路為契機(jī)，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(xué)院清潔能源研究中心的深海動(dòng)力磷酸鐵鋰電池輔助電源項(xiàng)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(duì)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?fù)浣Y(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(gè)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(guò)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(kāi)關(guān)電感的Buck-Boost均衡電路則用開(kāi)關(guān)電感模塊替代傳統(tǒng)電路中的電感，可以實(shí)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(kāi)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(shí)驗(yàn)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(gè)均衡系統(tǒng)的有效性和準(zhǔn)確性。
　　為了驗(yàn)證以上提出的均衡拓?fù)浣Y(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(dòng)汽車的動(dòng)力電池實(shí)驗(yàn)對(duì)象，驗(yàn)證了優(yōu)化前后均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的均衡效果和不同均衡控制算