蓄电池能量均衡技术研究综述

串联电池组的均衡技术是电池管理系统的关键技术之一,可以减小串联电池组单体间的不一致性,提高蓄电池的能量利用率和使用寿命。介绍串联电池组不一致性产生的原因及危害;从均衡拓扑结构、均衡控制策略等角度,深入分析了均衡技术的发展现状;在研究了现有均衡拓扑结构优缺点的基础上,分析了近几年的新技术和解决方案,并针对目前均衡技术存在的难点,给出了研究发展的方向。     

电动汽车磷酸铁锂电池均衡管理策略综述

电动汽车动力电池组通过将单体串并联达到所需电压和容量的要求,而单体电池在生产、使用过程中的差异性将导致整个电池包的容量降低、循环使用寿命衰减。本文分析了导致动力电池不一致性的影响因素,并列举了两种实际应用均衡策略,对策略的优劣与发展趋势做出了评价。     

电动汽车电池管理系统均衡策略思考

通过对单体电池和串联电池组基本概念、内部基本性质、公式定义、电池一致性评价指标影响因素等多方面的分析,论证电压均衡方案的不合理性,提出容量均衡方案并给出实现方法。再从均衡方案无法根本上解决电池组不一致性问题的角度,给出改进意见,并赋予容量均衡策略新的灵魂,即其本质目的不再是电池组趋于一致性而是电池组最大可用容量最大化,使成组后的电池包容量利用率最大程度提高。     

变压器分立的动力电池组主动均衡技术研究

动力锂电池成组后单体之间的不一致性问题突出,导致锂电池组使用寿命受限、安全性降低,现有的被动均衡技术存在均衡电流小、均衡时间长的不足,难以满足电池组功率不断增长的需求,因此在动力电池管理系统领域,迫切需要采用大电流的主动均衡技术来完成电池组的均衡。针对目前主动均衡技术存在的均衡收敛慢、收敛精度低的问题,在研究了动力电池在不同工况下的均衡模态基础上,提出了一种以电池剩余电量作为主要均衡变量,变均衡周期内划分均衡时间片的均衡策略,解决了端电压均衡策略存在的均衡收敛慢、收敛精度不高及控制稳定性欠缺的问题,并基于该均衡策略设计了一款基于多变压器法的主动均衡模块,搭建了电池管理实验系统,在该系统上验证了上述均衡策略,实验表明该策略可有效提升均衡收敛速度和均衡收敛精度,实现动力电池组的大电流均衡。     

三元动力锂电池组全生命周期最优寿命均衡策略

为解决电池成组无法克服的一致性问题,获得最优的电池组寿命,设计可提升电池组一致性的均衡方案,对其实行干预,并验证该策略的可靠性。结果表明：在各工作区间内,经循环处理的电池表现出不同的容量衰减速率,逐渐提升放电深度（DOD）时,电池容量衰减更快。高荷电状态（SOC）区间与高DOD循环,容量衰减进一步加快。以相同均衡方法调节此单体的放电起点SOC为80%,确保容量衰减速率相对最差单体更慢,实现充分放电,确保控制组内所有单体电池一致。电池组的一致性获得了显著改善,循环处理250次后,单体电池达到相近容量,容量一致性也由0.006 3减小为0.001 2,均衡效果良好。设计的电池寿命均衡策略优化了长时间尺度范围的电池组容量一致性。     

基于Cuk斩波电路的电池组均衡方法

电池均衡技术可有效减小锂电池组串联使用过程中的不一致性。基于此提出了一种使用Cuk斩波电路作为均衡器的新型均衡拓扑,该均衡拓扑使用双层开关选择均衡单体电池连接到Cuk均衡器,同时该均衡器采用零电压导通技术。均衡方案使用单层均衡器实现模组内部单体之间以及不同模组的单体之间均衡能量的同时转移。该均衡方案具有均衡电流连续且波动较小、均衡能量转移效率高等优点。对12节串联的锂电池组进行了充放电均衡实验以及静置均衡对比试验,实验结果表明,该方案可以有效减小单体电池间的不一致性,提升电池组的整体性能。     

锂离子电池系统均衡策略研究进展

相比电池单体,成组后电池系统的容量、寿命和安全性均会大幅度下降,其原因在于内部参数和外部环境导致的不一致性问题。因此,需要均衡管理系统保障电池的一致性,其中均衡策略是关键之一。从均衡动机、均衡目标、均衡算法和均衡策略评价四方面,对国内外电池均衡策略研究进展进行了综述。首先深入分析电池组一致性影响因素,确定均衡动机。其次,从均衡目标出发,总结了电池组、电路和多目标融合三方面研究进展。再次,根据不同的算法分类详细阐述均衡算法。之后,对均衡策略的评价进行总结并提出一种新的评价方法。最后,系统梳理了目前亟待解决的均衡技术关键问题,对未来均衡策略的研究进行了展望。     

基于自适应拓扑的电池动态分组均衡方法

传统电池分组均衡方法用于减小电池组不一致性时,其分组方式存在低效耗能问题,因此提出了一种基于自适应电路拓扑的电池分组均衡方法。结合开关组与Buck-Boost电路特点,设计了用于电池分组均衡的自适应电路拓扑,在分析模糊C均值(FCM)聚类算法需给定初始聚类中心及隶属度矩阵等不足的基础上,从软件角度提出了用于实现电池分组的基于密度的模糊C均值(DBFCM)聚类算法。每个均衡周期内,采用DBFCM聚类算法实现电池单体聚类分组,依托自适应电路拓扑对聚类完成的电池各组进行组间均衡操作。实验结果表明,该方案可有效提高电池组的整体能量利用率,缩短均衡时间,减小单体电池间的不一致性。     

面向整组寿命最大化的电动汽车电池一致性变化规律及其均衡策略

串联电池组的一致性问题是电池成组使用的关键问题之一,常通过电池均衡技术进行干预调节。但现有均衡策略多着重于单次循环容量和能量的最大利用,忽视了长时间尺度下电池组的一致性演变。为实现长时间尺度下的电池组寿命最优,试验研究了工作区间对电池老化的影响,讨论了传统顶部均衡和底部均衡下的电池组一致性演变,提出了优化最差单体工作区间的寿命均衡策略。研究发现使用的三元锂电池在高荷电状态区间循环时存在较快的容量衰减,增加循环放电深度同样会加速容量衰减;顶部均衡和底部均衡虽然可以最大化电池组单次性能,但容量一致性依旧持续变差,表明了寿命均衡的必要性;提出的寿命均衡策略使最差单体循环在较低的荷电状态区间,减小其容量衰减速率,进而有效地提高电池整组的累计放电量;最后,设计的试验证实了所提出的均衡策略可以显著提高电池组的容量一致性,并设计了相应的系统实现方案。提出的寿命均衡策略也为未来电池组的均衡研究提供了新的方向。     

电动汽车锂离子电池能量管理系统研究

为了给电动汽车提供良好的动力来源并保证安全可靠,根据万向纯电动汽车所用的锂离子动力电池的特性,提出了电池能量管理系统的总体设计方案.根据电池组使用要求,对管理系统进行了上位机与监控模块的硬件、软件设计;针对电池均衡的需要,提出了充电均衡控制策略;对电池配组进行了介绍,并提出了一种在工程上可行的电池配组方案.经实际调试和使用,该管理系统在纯电动汽车锂离子动力电池能量管理方面取得了良好效果.     

基于CAN总线的锂离子动力电池组管理系统

本文描述了一种新的动力电池组管理系统,该系统基于CAN总线技术,具有电池组状态监控、均衡充电、电池荷电量评估等功能,可以提高电池组的使用效率及寿命,保证电池组和电动汽车行车的安全.     

基于荷电状态的锂离子电池组主动均衡控制

针对锂离子电池组中单节电池间的差异性会对电池组的可使用寿命以及容量利用率造成严重影响,设计了一种电感式主动均衡电路。基于递推最小二乘扩展卡尔曼滤波(RLS-EKF)算法在线估算锂离子电池的荷电状态(SOC),同时以SOC值作为均衡准则对锂离子电池组实施均衡控制,实现了一种主动均衡控制策略,并开发了锂离子电池组能量均衡管理系统测试平台。实验结果表明,RLS-EKF算法的SOC估算误差在3.5%以内,并且所提出的主动均衡控制方法极大改善了电池间的差异性,电池的容量利用率大幅度提高。     

基于CAN总线的锂离子电池管理系统

针对不同车型所使用电池数量、电池容量等参数不同的情况,设计了一种锂离子电池管理系统。系统以单片机为核心,CAN总线通信为基础,采用分布式网络控制系统结构,实时检测电池的各种运行参数;根据电池状态进行电池均衡、故障诊断报警;通过人机接口进行系统参数标定;通过读取历史存储信息进行离线分析,改进SOC估算方法和减少故障分析成本。试验结果表明,系统运行稳定可靠,可以应用于不同车型,电压测量精度为±5mV,SOC精度为7％。     

一种针对串联电池组带电不均衡的均衡技术

针对串联电池组的带电不均衡进行了研究,提出了一种新型的均衡技术,以电池ＳＯＣ作为判别 依据确定不均衡状态并制定相应的均衡方案,利用所设计的均衡电路来实施具体的均衡方案。为了验证该 技术的可行性,采用了６节磷酸铁锂电池组成的串联电池组作为实验对象,实验结果充分表明了所提出技术 高效性。     

Application of Digital Twin in Smart Battery Management Systems

Lithium-ion batteries have always been a focus of research on new energy vehicles,however,their internal reactions are complex,and problems such as battery aging and safety have not been fully understood.In view of the research and preliminary application of the digital twin in complex systems such as aerospace,we will have the opportunity to use the digital twin to solve the bottleneck of current battery research.Firstly,this paper arranges the develop-ment history,basic concepts and key technologies of the digital twin,and summarizes current research methods and challenges in battery modeling,state estimation,remaining useful life prediction,battery safety and control.Further-more,based on digital twin we describe the solutions for battery digital modeling,real-time state estimation,dynamic charging control,dynamic thermal management,and dynamic equalization control in the intelligent battery manage-ment system.We also give development opportunities for digital twin in the battery field.Finally we summarize the development trends and challenges of smart battery management.     

基于动态模糊阈值的电池组均衡策略优化

简单地以固定的端电压阈值作为动力电池组均衡控制指标,可能会导致均衡判断失误和均衡电路频繁启动等问题,针对此,在分析锂电池极化电压、欧姆内阻、充放电电流对端电压影响特性的基础上,提出基于动态模糊阈值的均衡方法,首先基于模糊算法对端电压阈值进行动态设置,然后据此进行均衡控制操作。实验表明,与传统端电压阈值均衡策略相比,该方法能够有效缩小单体电池之间端电压差异,明显缩短均衡时间。     

锂离子电池功率状态预测方法综述

随着锂离子电池在智能电网、新能源汽车等领域的大规模应用,其充放电能力,即峰值功率的准确预测对于保障系统的安全、可靠运行至关重要。从单体和系统两个层面归纳分析锂离子电池功率状态预测方法的研究进展：针对电池单体预测方法,主要包括测试查表法、黑箱法、等效电路及电化学模型法等,重点阐述多参量约束的等效电路模型法,并进行分类与对比分析;针对电池系统,从电池系统模型及功率状态预测算法两个角度出发,分别讨论了串联型、非串联型电池系统的功率状态预测算法和大数据驱动的智能预测方法,并分析各方法的优缺点及应用领域;结合下一代云计算、大数据、数字孪生等发展趋势,对锂离子电池功率状态预测方法进行展望,为促进电池全生命周期管理技术的研发与应用提供一些思路。