基于Buck-Boost准谐振电路的电池自适应分组均衡方案研究EI北大核心CSCD

针对Buck-Boost均衡电路中开关频繁通断导致均衡效率降低的问题,文中对传统的Buck-Boost电路进行改进,设计可实现开关管的零电压导通的准谐振电路,有助于减小开关损耗,提高均衡电路的效率。为减少开关管的通断次数,并缩短均衡时间,均衡策略采用全局优化视角,分段选择电压和SOC作为目标均衡变量,并提出电池单体间、单元间及模组之间的自适应分组均衡策略。以8个电池串联的电池组为例,设计静置、充电、放电和浮充均衡实验,结果表明,与传统方案相比,提出的均衡电路和均衡策略在均衡效率和速度上有显著提升,可助力电池组的整体性能提升及其延寿。     

电动汽车磷酸铁锂电池组均衡电路设计

为了优化和提升电动汽车中的磷酸铁锂电池组均衡系统的性能,在应用广泛的Buck-Boost均衡电路基础上,提出了一种可减少开关数量、加快均衡速度和提高效率的拓扑结构。该均衡电路用开关电感模块替代电感,克服了Buck-Boost均衡电路仅能在相邻电池间传递电荷的缺点,通过控制电感模块中的开关继电器,改变BuckBoost电路的均衡子电路,减少电荷转移步数。通过对比分析和实验验证可知,优化后的Buck-Boost均衡电路相较于原电路减少了开关数量,加快了27%的均衡速度和提高了均衡效率。     

基于电感的串联电池组新型主动均衡拓扑及控制策略

均衡技术对提高串联电池组充放电的可靠性、延长电池寿命等具有重要的意义。针对现有电感均衡电路存在能量仅能在相邻电池单体之间转移、应用场合有限以及电路中元器件数目较多等问题,提出了一种基于电感的串联电池组新型主动均衡拓扑,并研究了相应的均衡控制策略。通过对电感的选择性充放电,实现电池单体和电池组之间的能量转移,避免了能量仅在相邻电池单体之间转移而导致均衡时间过长的缺点,具有电路结构简单、易于控制等优点。通过对所提均衡电路拓扑及其开关模态的分析,以及对均衡策略的详细介绍,给出了均衡系统的整体设计方案。仿真和实验结果表明,所提出的均衡方案具有良好的均衡效果。     

基于双层准谐振开关电容的锂电池组均衡方法

电动汽车用动力锂电池组一般采用多个电池单体串并联的结构,由于电池单体本身的不一致性,需要在电池组充、放电过程中进行能量的均衡控制。采用双层准谐振开关电容的均衡方法进行串联电池组的能量主动均衡,通过对常规双层开关电容均衡方法的改进,利用准谐振软开关实现开关的零电流导通和截止。仿真及实验结果验证了该方法的有效性。     

锂电池组高效率电压均衡系统的研究与设计

针对串联锂电池组电压不均衡问题,研究了一种高效率的双向主动能量转移型均衡技术。以锂电池电压为均衡判断依据,反激式双向主动均衡电路为主电路,LTC3300-2为均衡电路驱动器,LTC6803-3为采集器,单片机为处理器,设计了一套串联锂电池组的电压均衡系统。实验结果表明,本均衡系统控制灵活、均衡电流大、损耗低、效率可达到90%以上,不仅提高了电池组的性能,而且有利于延长电池的使用寿命。     

新型电动汽车锂电池组电量均衡电路设计

介绍了一种应用于电动汽车锂电池组管理系统中均衡电路的新型结构。该结构采用正激式DC-DC变压器,电池通过双向开关与次级绕组并联。通过MCU和驱动芯片对相应MOSFET控制来实现充、放电电路的选通和能量转移,最终实现电池均衡。选用14节磷酸铁锂电池组成电池包进行实验,实验结果表明本电路结构工作稳定,具有效率高、均衡时间短的优点。     

加复位绕组的零电压开关PWM全桥变换器

在全桥变换器中引入谐振电感和钳位二极管,可以使开关管在较宽的负载范围内实现零电压开关,并且消除输出整流二极管上的电压尖峰.当钳位二极管导通时,谐振电感被短路,电流保持不变,在开关管和钳位二极管中产生较大的导通损耗,而且如果滤波电感较大,钳位二极管有可能无法自然关断,从而产生较大的反向恢复损耗.在全桥变换器中增加一个复位绕组与谐振电感串联,当钳位二极管导通时,利用复位绕组电压使谐振电感电流快速下降,使钳位二极管电流快速减小到零.复位绕组的引入,不仅减小了谐振电感、开关管和钳位二极管的导通损耗,而且使钳位二极管可靠关断,避免了反向恢复.本文详细分析了加复位绕组全桥变换器的工作原理,并讨论变压器绕组匝比的选择,最后进行实验验证,并给出实验结果.     

串联电池组主动分层均衡电路的控制策略研究

大多数串联电池组的主动分层均衡策略首先在组内实现均衡,然后再在组间实现均衡,这种传统的均衡策略限制了均衡效率的提高。采用了一种基于升降压模块的分层均衡电路拓扑。根据均衡能量流动的不同范围,将其分成两个不同的均衡过程。这两个均衡过程可以同时执行,并且不同分级电路中的电流不会相互影响,这使得组内和组间可以同时进行均衡,进而提高电池组的均衡速度。通过搭建实物平台,对四个锂离子电池组成的串联电池组分别进行静置、充电和放电均衡的实验。实验结果表明,相比于传统的分层均衡策略,提出的均衡策略在三种电池状态下提高平均时间效率约30.4%,验证了该方案的可行性。     

一种高增益交错耦合电感DC/DC变换器

提出了一种高增益交错耦合电感DC-DC变换器,采用二极管、电容和电感构建无源吸收网络,回收再利用漏感能量,开关管的开关电压尖峰得到抑制,进而减小了开关管的电压应力;选用导通阻抗低的MOSFET,降低开关损耗,改善变换器效率。将2个电容和2个耦合电感副边相结合,1个导通周期内,当电容并联导通时,储存在耦合电感中的能量给电容充电;当电容串联导通时,将能量释放给输出端,从而获得高增益。此外,二极管的反向恢复问题得到有效抑制;交错并联控制抑制了输入电流纹波,变换器性能得到改善。对电路的操作原理和模态变化作了详细分析,最后搭建了1台300 W、20 V/240 V的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

基于SOC的电池均衡控制技术的仿真研究

提出了一种电感电流临界模式的均衡控制策略,设计了基于SOC的磷酸铁锂电池均衡控制系统,由主控CPU模块控制MOSFET开关管的导通与否,将能量从电池组中SOC最高的电池传递到SOC最低的电池,最后达到每节电池有相同的SOC。采用matlab/simulink进行系统建模和仿真,结果表明电池组无论处于充放电状态还是处于静置状态都能达到良好的SOC均衡效果。     

串联超级电容器组开关电感通断法均衡研究

超级电容器作为一种储能元件,具有高功率密度和高循环充放电能力,被广泛应用在工业上。为延长超级电容器的使用寿命,改善性能,在其充电时采用均衡电路。均衡电路启动后,能够将电压较高电容单体的能量转移到电压较低单体上,从而达到串联超级电容器组电压的动态均衡。笔者针对串联超级电容器组单体电压开关电感均衡系统的工作过程进行了计算和仿真,提出了均衡电路功率元件参数的选择方法和依据,介绍了实验主回路和控制回路软硬件的实现方法,并通过实验对该方法的均衡效果进行了分析,最终得到了比较理想的均衡效果和均衡速度。     

一种高效率高增益的谐振型直流功率变换器

提出一种高效率高增益的谐振型直流功率变换器。该电路利用耦合电感、开关电容电路及输出串联结构实现高电压增益。耦合电感中的漏感能量由输出端回收,利于提升效率,降低开关管的电压应力。同时借助漏感和开关电容谐振,次级二极管的零电流开关得以实现,从而减小反向恢复的影响。详细分析了高效率高增益谐振型直流功率变换器的工作原理,及连续导通模式下变换器的稳态性能,并借助一台35 V输入、200 V/0.75 A输出的实验样机验证了理论分析的正确性。     

谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器

提出一种谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器,通过引入辅助网络,将Boost变换器的输出二极管替换为开关管,实现全部开关管的零电压导通(ZVS)和二极管的零电流关断(ZCS),并降低开关管的开关损耗,消除二极管的反向恢复问题。同时,变换器输出端为三个输出单元串联,提高变换器的电压增益,避免变换器工作于极限占空比,在实现高升压增益的同时降低开关管电压应力。因此可选取低电压等级、低导通电阻的MOSFET,以提高变换器效率。倍压电容与耦合电感的漏感谐振,可减小开关管关断时刻电流,降低开关损耗,进一步提高变换器效率。研究变换器的工作原理和工作特性,分析开关管ZVS条件。设计制作一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于反激式变换器的锂电池组均衡系统设计

针对大容量锂电池组在电动汽车中的应用,提出并设计了一种基于反激式变换器的锂电池组均衡系统。通过微控制器和驱动电路控制双向同步反激式变换器实现电池能量的双向转移,配合相应的均衡策略,进而实现电池组的双向均衡。采用12路串联锰酸锂电池组进行实验,实验数据表明该系统工作稳定,使用灵活,均衡效率高,均衡电流大。     

磷酸铁锂电池均衡技术的研究

针对磷酸铁锂电池组各电池单体荷电状态(SOC)不均衡问题,本文在详细分析基于Buck-Boost变换器的电感双向均衡电路的基础上,提出了一种改进型电感双向均衡电路和均衡策略.此控制策略在未增加硬件成本的前提下,以基于扩展卡尔曼滤波法的电池SOC作为均衡变量,采用主动式段内、段间均衡方式,实现了各单体电池间均衡过程的平滑过渡.最后,通过仿真,进一步验证了该改进均衡电路有效性和可行性.     

一种结构简单的超级电容电压均衡方法

超级电容串联储能系统的单体电压不均衡会影响超级电容的使用寿命和能量利用率。现有DC-DC电压均衡方法中所采用的传统变换器电路中开关管、电感、变压器等元器件的数量较多,拓扑结构复杂。介绍了一种基于谐振变换器的电压均衡系统,其双开关、单电感的电路结构降低了电压均衡电路拓扑结构的复杂性,提高系统可靠性并通过固定频率和占空比消除了系统的控制部分。分析了电路的均衡过程,利用推导的等效电路得出电压均衡原理。通过对3个超级电容组成的串联系统进行实验测试和仿真,结果验证了均压系统具有较高的效率。     

串联锂电池分层式主动均衡研究

针对传统Cuk斩波电路只能对相邻电池进行均衡的缺点,设计了基于Cuk电路的分层式均衡拓扑。底层均衡电路和顶层均衡电路分别采用Cuk电路和基于电感的均衡电路,该拓扑可以减少均衡过程中能量传递的路径,减少能量损耗,加快均衡速度。顶层均衡策略采用基于电池荷电状态(SOC)以及电压的K-means聚类分析将电池分为两类,进行相应的均衡操作。Matlab/Simulink仿真结果证明,所设计的均衡拓扑和均衡策略有效提高了均衡效率和均衡速度。     

一种新型双开关反激式电池串电压均衡方法

串联电池组中单体电池间的电压不均衡会造成蓄电池使用寿命缩短以及电池组能效降低。针对传统反激式电压均衡电路开关管电压应力大,拓扑结构复杂等问题,介绍了一种基于双开关反激式串联电池组电压均衡方法,其双开关反激式结构将开关管电压应力钳位于总电池堆电位,共用开关管以及钳位二极管的结构大大减少了有源器件数量。分析了电路电压均衡原理,介绍变压器设计依据以及均压实现方法。通过对4个3.9 V/2 600 m Ah锂离子电池单体串联组成的串联储能系统进行仿真和实验验证,结果证明了该电压均衡方法的可行性及优越性。     

基于软开关的串联电池组均衡拓扑

电动汽车动力电池组的均衡管理对提高电池的一致性具有重要的应用价值。针对基于硬开关的串联电池组电容型均衡拓扑开关损耗较大的缺点,提出一种基于软开关的串联电池组均衡拓扑。该拓扑利用准谐振技术,通过选取开关频率等于谐振频率,使电路处于准谐振状态,实现开关管的零电流切换,以达到降低开关损耗的目的。仿真和实验结果表明,该拓扑在均衡过程中电池电压趋于一致,并且可实现开关管的零电流切换,达到了预期的均衡效果。     

基于模糊控制的锂离子电池组两级均衡方法

针对锂电池组在充放电过程中出现能量不一致的问题，本文提出了两级均衡拓扑，分为组内和组外。电池组内采用基于电感的环式结构均衡电路，实现了在相邻单体电池及首尾电池之间的能量双向环式转移新型主动均衡。电池组外采用基于单电感的集中式均衡拓扑，可以实现组间任意电池组之间的均衡。在均衡控制策略方面，以电池荷电状态为均衡变量，设计了模糊逻辑控制算法动态调整均衡电流，以减少均衡时间和提升均衡效率。使用MATLAB/Simulink软件进行模型搭建并仿真，实验结果表明，本文提出的能量传递拓扑比传统Buck-Boost电路在相邻单体间能量传递的拓扑要减少了24.46%的均衡时间。此外，与模糊逻辑控制算法相比，使用模糊逻辑控制算法在静置和充放电条件下，均衡后单体电池的标准差下降了约11%。验证了该均衡方案的可行性。