基于DC/DC变换器的电池组主动双向均衡技术研究

电池组均衡技术是电池管理系统的核心技术之一。文章介绍了几种电池组均衡技术,对其优缺点进行了比较和分析,在此基础上提出了一种电池组主动双向均衡方案。该均衡系统由电池组、开关阵列、双向DC/DC变换器、数据采集单元和控制单元组成。给出了开关阵列和双向DC/DC变换器的电路拓扑结构,详细阐述了其工作原理和控制方法,介绍了主要电路参数的设计方法,并通过MATLAB/Simulink仿真实验进一步验证了该方案的可行性。     

一种基于开关技术的锂电池组均衡方法及实现

目前,锂离子电池已开始应用于大功率场合。在实际应用中,常将电池级联扩展成高电压大容量的电池组使用。为了延长电池组的使用寿命及安全性,需要设计简单有效的均衡方法来减小单体电池间的不一致性,从而保障整机的性能和安全。综合分析各种常见的均衡方法优缺点,提出了一种利用二级开关和两个DC/DC变换器对单体电池进行独立控制的均衡方法。在电池信息采集部分采用专用的电池监控集成电路,系统使用的元器件少、体积小、结构简单易实现。最后以18节锂离子电池串联组成的电池组为设计模型实施验证,实验结果显示该方法具有出色的均衡效果。     

下垂式控制技术在微电网中的应用

储能变流器是微电网与蓄电池组之间的连接设备,功能为实现能量的双向交换。所研发储能变流器可以实现多组电池的独立控制、系统容量的灵活配置以及电池组的灵活投切,结构设计采用多级型拓扑,包含15个并联的半桥型非隔离双向DC/DC变换器,控制策略设计为并网变流器采用SVPWM控制技术,DC/DC变换器根据设计环境设计改进下垂控制策略。所设计大功率储能变流器产品已完成相关下垂控制充/放电和满功率并网试验,充/放电电流准确跟踪指令电流并网效率超过95%,验证了设计的合理性和有效性。     

应用于储能单元的串联电池模块主动均衡研究

串联电池组广泛应用于电动汽车和储能电站等多个领域。在长时间使用后,电池单体由于制造工艺和使用环境的差异容易出现电量的不均衡,影响电池组整体容量和功率性能的发挥。为此,针对储能单元电池模块提出了一种双向主动均衡系统,该系统包含串联电池模块、开关阵列、主动均衡DC/DC变换器、电池信息采集单元等。对均衡主电路基本工作原理及控制过程进行了分析,利用16节电池串联构成的电池模块在构建的均衡实验平台上进行了双向电量均衡实验验证,均衡结果表明,初始最大SOC差异40%的电池组经过均衡后SOC最大相差1.1%,证明了均衡系统的有效性。     

基于改进型模糊PID控制器锂电池均衡系统研究

锂离子电池组的不一致性导致电池组增加过充电或过放电风险,并造成个别电池易老化,在工作中易老化电池过充电或过放电使其可用容量和寿命下降,且过充电产生的热量会造成温度快速上升,易引发热失控,增加电池组安全隐患.因此,需要引入均衡技术以减轻电池组的不一致性.基于此提出以开关阵列为核心的改进型双向DC/DC变换器均衡电路,以荷电状态(SOC)极值为均衡开启条件,并设计基于蚁群算法(ACO)-Elman动态神经网络的模糊PID控制系统,以粒子群算法(PSO)对量化因子寻优处理.经MATLAB/Simulink仿真,开关阵列使DC/DC变换器均衡能量传递路径缩短,避免能量的无效流动,通过各算法间的优化处理,实现PID特征参数随控制参量变化实时可调,即控制占空比使能量传递处于最优状态,充分发挥电感的储能作用,与其他均衡方案相比,均衡速度快,且效率高.     

基于可重构电池的稳压及均衡方法研究

锂离子电池组在使用串联可重构电池拓扑进行均衡时,输出电压波动较大,而加入DC/DC变换器进行稳压后又会增加能量损耗和控制复杂度.为解决以上问题,提出一种无DC/DC变换器的新型可重构电池拓扑及控制策略.通过对开关的控制,选择电池组中SOC(state of charge)较高且电压满足要求的电池进行放电,并连续替换SO...     

电池组用荷电状态均衡充电模糊控制策略

研究了一种电动汽车用磷酸铁锂动力电池组分布式主动均衡充电系统。该系统给单体电池分别配备了反激变换器均衡充电子模块和电池管理子模块,通过嵌入自适应卡尔曼滤波算法到电池管理均衡控制单元,完成单体电池荷电状态的实时估计。利用模糊控制策略,调节各均衡充电子模块的输出电流;与平均法均衡控制策略相比,使用的模糊控制策略能明显缩短均衡时间,降低电池组之间的不一致性。为验证所研究的均衡充电控制策略,对48 V/140 Ah磷酸铁锂动力电池组展开了充电模式下的系统均衡实验,实验结果验证了控制策略的有效性。     

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。     

高效双向DC/DC变换器

通过分析DC/DC变换器的工作方式,总结出一种应用于串联超级电容器组单体电压动态均衡电路的变换器——高效双向推挽DC/DC变换器,并选择了合适的控制芯片和驱动方式。该方案具有电路拓扑简洁、双向功率流动、控制简单、变换效率高、可靠性高等优点。     

高功率因数锂电池化成能量回馈系统

电池化成作为电池生产过程中的关键工序关系到电池的特性和质量,并直接影响电池的生产成本。设计了一套带能量回馈功能的高功率因数锂电池化成系统,包含监控、AC/DC双向变流器和DC/DC双向变换器。AC/DC双向变流器可实现能量的双向传递和交流侧高功率因数,双向DC/DC变换器用于实现锂电池的充、放电。对AC/DC双向变流器和双向DC/DC变换器的工作原理进行了分析,并通过实验对实验样机进行功能验证。     

基于Buck-Boost电路的能量转移型均衡方案

提出了一种基于Buck-Boost电路的新型均衡电路,实现了锂离子串联电池组充放电均衡。根据均衡能量流向,采取两种不同的均衡策略:电池组放电时,均衡能量由电池组向组内荷电状态(state of charge,SOC)较低的单体电池转移;电池组充电时,均衡能量由电池组中SOC较高的单体电池向电池组转移。以单体电池开路电压在线估计为基础,运用开路电压法估算SOC,选取SOC值在一定阈值范围之外的单体电池作为均衡对象,对6节串联的磷酸铁锂电池进行了充放电均衡实验。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,同时提高了电池组充放电容量。     

基于动态式双阈值的锂电池组主被动均衡策略

在采用传统电荷转移式均衡方法中,多个单体电池之间存在着反复循环充放电现象,进而产生锂离子电池组均衡时间长、效率低的问题.针对此问题,提出一种动态式双阈值主被动均衡控制策略.首先,主被动均衡电路的开关阵列包含有N+1个开关(N为电池数目),在减少元器件数目的同时,主动均衡提高均衡效率,被动均衡在充电末期延长电池反应时间,...     

动力电池分层均衡控制研究

提出一种分层均衡电路,用于解决锂离子电池在串联成组时,由于单体电池的不一致性,产生的部分电池过充和过放的问题。分层均衡电路以单体电池荷电状态(state of charge, SOC)值作为均衡变量,将电池组分为3个小组,组内进行基于Buck变换器的均衡;在各小组之间搭建Buck-Boost电路,进行组间均衡。组内均衡与组间均衡相结合,提高了均衡效率。在MATLAB/Simulink平台搭建的仿真结果表明,相对于基于Buck变换器和基于Buck-Boost变换器的均衡电路,分层均衡电路在静置、充电和放电3种工况下,均衡时间相比基于Buck的均衡电路分别降低了21%、18%和30%,相比基于Buck-Boost的均衡电路分别降低了17%、29%和15%。电池组的均衡实验表明,该电路提高了单体电池一致性,能将电池组SOC值极差控制在0.1%以内,解决部分电池过充和过放问题,同时提高了均衡效率。     

基于开关矩阵拓扑的蓄电池组均衡控制策略

提出一种应用于直流不间断供电系统蓄电池组单体电池均衡的桥式开关矩阵拓扑,利用LC均衡器进行能量的存储和转移,实现了能量从电池组中荷电状态(SOC)最高的单体电池向最低的单体电池转移,给出了参数设计方法,在避免迂回均衡带来蓄电池充放电次数增多的同时,延长了蓄电池的寿命,提高了均衡和能量转移效率。在Matlab-Simulink环境下搭建了均衡系统模型并进行了仿真,结果验证了所提出均衡策略的有效性和可行性。     

一种均衡电路及均衡方法研究

可重构均衡电路能较好地兼顾元器件使用数目,均衡转换效率,满足电池组内任意单体电池进行均衡的需求,但对电池组进行均衡时负载电压会有波动。在保留可重构均衡电路优点的前提下,较好地解决上述问题,提出带有附加电源的可重构均衡电路。在均衡过程中,通过让附加电源代替被均衡的单体电池,为负载供电,达到稳定负载电压的目的。在此基础上,文中还提出一种均衡方法,不同于将电池荷电状态(State of Charge,SOC)均衡至目标值的传统方法,通过留有一定的裕量,减少因电池容量差异,导致存在不必要均衡现象的发生次数,间接地提高均衡速度。采用此均衡电路及均衡方法对串联的8节具有不同初始SOC的18650电池进行了均衡实验,其中1节电池为附加电源。实验结果表明,所提出的均衡电路配合所提出的均衡方法,可以较好地对电池组进行均衡。     

基于能量分配的退役电池组均衡方法

针对退役电池组存在明显的不一致性问题,提出一种高效的可重构的均衡电路,该电路可以接入或旁路任意电池,以满足多个电池同时均衡的需求。在此基础上提出一种基于能量分配的均衡方法,通过非线性规划遗传算法求解各单体电池每个周期能量分配比例,从而计算出单体电池接入时长。同时在均衡过程中动态控制开关保持电池组接入电池数量固定,能有效避免可重构均衡电压波动大的问题。在MATLAB/Simulink搭建仿真模型验证,结果表明,与传统可重构均衡方法相比,所提方法在均衡过程中可以有效地保持电池组电压的稳定;与传统求解能量分配比例方法相比,所提求解方法在充电和放电状态下均衡时间分别减少约12.31%和13.39%,验证了方法的有效性。     

一种新型直流屏蓄电池监控系统

传统的直流屏均采用对蓄电池组进行整体充电的方式,通过主充、浮充和均充三种方式对蓄电池组进行充电。长期运行在这种方式下,容易造成某些蓄电池的过早损坏。提出了一种新型直流屏的设计方案．在该方案中,为每个蓄电池设计配置一个单元控制模块,负责该蓄电池的充放电过程的监控。另外设置一个总控制模块负责整个直流的控制及显示工作。各个控制模块之间通过RS-485总线与Modbus协议组成一个总线型控制系统。新方案有效地保证了蓄电池的长寿命运行。     

基于耦合绕组的锂电池组主动均衡方案研究

针对锂电池组在充放电过程中出现能量不一致的问题,采用传统的Buck-Boost均衡电路和Flyback均衡电路的均衡方法,提出一种可减小电路尺寸、提高均衡速度和均衡效率的基于耦合绕组的新型主动均衡电路.通过对耦合绕组的选择性充放电,会有三种不同的工作模式来实现单体之间的能量转移,并调节PWM驱动信号占空比来提高均衡器的...     

基于退役动力电池储能的光储微网系统

锂电池作为光储微网的储能电池,能够提高光伏发电系统的稳定性,改善电能质量,但成本高昂。将电动汽车的退役动力锂电池用于光储微网的储能单元,不仅可以降低投资成本,还可以缓解大批量电池进入回收阶段的压力。首先基于锂电池的工作原理,构建了退役动力锂电池的等效电路模型。接着建立了储能变流器和多重双向DC/DC变换器级联拓扑,储能变流器采用电压外环、电流内环的双闭环策略,稳定直流母线的电压;多重双向DC/DC变换器采用以电池组的荷电状态(SOC)为约束条件的双闭环控制策略,平抑光伏发电系统的功率波动。最后搭建了基于退役锂电池储能的光储微网系统,验证了控制策略的有效性。