应用于动力电池组的积木式结构均衡控制方案

探讨了单体失衡现象对动力电池组性能的不良影响,分析了常见的均衡策略及其相应的电路结构,提出了积木式结构动力电池组均衡控制方案,结合电池单体端电压与荷电状态之间的对应关系,通过监控单体端电压状态,并根据相邻单体的电压差异做出均衡控制策略的决策判断.针对耗散型均衡及非耗散型均衡两种方案设计了对应的均衡模块,来对磷酸铁锂电池组进行充电、放电两种模式的均衡实验.结果表明,文中方案可对任意节单体组成的动力电池组进行有效的均衡管理.     

基于可重构电路的电池组充电均衡方法

为缓解锂离子电池组在恒流充电结束后因压降导致的电池组电压不一致问题，提出了一种改进型可重构均衡电路。在电池组充电过程中，改进型可重构均衡电路可等效为传统可重构电路，通过可重构电路控制各个电池充电状态，使电池组在充电过程中达到均衡；充电结束后并静置一段时间，通过改进型可重构电路中的Buck-Boost电路进行再均衡。改进型可重构电路能够在保证充电均衡的基础上对因压降现象而造成的电池组电压不一致进行再均衡。最后，通过搭建实物平台对该改进型可重构均衡电路进行验证，并与传统可重构电路进行比较，实验结果表明该均衡电路具有良好的性能。     

一种能量转移型锂电池组均衡充电电路的设计

针对现有均衡充电方法的缺点,提出了一种基于能量转移的锂电池组单体电池均衡充电方法,详细分析了该方法的工作原理并通过实验对所提出的均衡电路进行了分析与论证.结果表明,该方法具有结构简单、效率高的优点,能有效地解决串联锂电池组充电不平衡问题.     

HEV锂离子串联电池组混合均衡策略研究

针对HEV中电池组的不一致性这一影响电池组性能、降低电池组寿命的问题,研究了多绕组变压器磁性均衡模型以及多原边绕组DC-DC均衡模型的电路和工作原理,为了得到较好的均衡效果,提出了一种2级均衡系统,第1级均衡模块采用多绕组变压器磁性均衡电路,第2级均衡模块采用多原边绕组变压器均衡电路.实验结果表明2级均衡系统有效减小了HEV中锂离子电池组充放电的不均衡性,适用于HEV混合动力汽车.     

动力锂电池的混合均衡控制与能量管理

针对动力锂电池的电压不平衡问题,分析了单体锂电池的充放电特性以及电池组串联的不一致性,在现有锂电池组均衡拓扑的基础上,提出了一种将变压器均衡电路和专用芯片BQ78PL116控制的电感均衡电路相结合的混合主动均衡策略,设计了变压器均衡电路,开发了主控系统软件模块以及主控与专用芯片通信程序等,构成一个具有电池基本信息监控LCD显示、电池保护以及不一致均衡等功能的电池管理系统。通过在静止、放电以及充电状态下由变压器均衡和电感均衡构成的混合主动均衡法与纯电感均衡法的比对实验,证明了混合主动均衡法在均衡调节速度与均衡效率方面的优势。     

主被动均衡电池管理系统设计

为了克服新能源汽车电池组在使用过程中内部单体电池充放电速率不一致问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)的主被动均衡相结合的电池管理系统。该设计通过LTC6811电池采集芯片,将电压、电流、温度等数据传到FPGA进行容量估算。主控微控制单元(microcontroller unit,MCU)通过设置单体间荷电状态(state of charge,SOC)差值阈值,控制均衡电路中的回路开关的通断,使单体电池在不同容量差值时,进行不同的均衡策略。同时运用MATLAB/Simulink仿真软件搭建出核心主被动均衡电路模型,对电路的均衡方案进行仿真分析。仿真结果表明:通过采用主被动相结合的均衡策略,电池在充放电过程中均衡速度较单一均衡方式有明显的提升。可见通过主被动均衡结合的方式,能有效地提升电池均衡速度,改善电池使用效率。     

动力电池组健康状态评价方法的研究

为研究动力电池组内各单体电池的健康状态SOH(State of Health),对电池极化内阻和欧姆内阻特性进行分析.根据电池欧姆内阻提出相对健康状态的评价方法,并结合电池工作时内阻对端电压的影响,采用端电压对电池组内单体电池健康状态进行评价.最后进行了对比实验验证,实验结果证明了所提方法的准确性和可行性.     

同芯多绕组均衡拓扑的分析与验证

随着动力锂电池的应用越来越广泛,为了保证电池组能够安全高效地充放电,常采用均衡拓扑控制电池单体间的参数不一致性,然而均衡拓扑通常无法兼顾均衡效率高、均衡速率快、易控制等特点,因此研究各电路参数对均衡效果的影响尤为重要。本文根据均衡拓扑的工作原理建立了两种工作模式的等效电路模型,分析了均衡拓扑中的电路参数对均衡速率和均衡效率的影响,利用matlab/simulink搭建了基于同芯多绕组均衡拓扑的四单体均衡系统,验证其均衡功能,搭建了同芯多绕组均衡拓扑的实验平台,实验验证了相关电路参数对均衡效果的影响趋势。     

基于单片机控制的锂电池组电路的设计

提出一种基于单片机控制的锂电池组电路设计方案.采用8位CMOS闪存单片机PIC16F886作为主控芯片,电路设计中含有S-8254芯片的一次保护电路、S-8244芯片的二次保护电路和MCU的辅助保护功能电路,辅以电池均衡控制电路,实现对整个电池组电路的状态监控和保护功能.对所设计的锂电池组电路进行测试实验,结果表明该设计不仅能精确测量电池组电量,有效保护其电路,而且可使电池进行均衡充电,使各个电池都发挥出最优的性能,从而满足笔记本电脑电源的要求.     

基于STM32的电池管理系统的研究与设计

为加强电池组的管理与保护以及减少电池组各单体参数之间的差异,设计了一套基于STM32F103VET6的电池管理系统;并提出在电阻耗能法的基础上结合能量转移思想对电池组进行均衡管理。运用MATLAB/Simulink工具建立了锂电池模型,并对电池所采用的均衡方案进行了仿真分析。仿真结果表明:采用改进的均衡方案电压偏差明显减小,单体之间的电压逐渐趋近到一个固定的值。此外通过18650型锂电池对电池管理系统进行了均衡实验测试,求出了均衡前后电压的期望值和方差值。经过对比分析,进一步验证了电池管理系统电压均衡的有效性。     

基于同芯多绕组的均衡技术

为了避免动力锂电池由于受各种因素影响而产生自身参数不一致性带来的弊端,采用均衡技术将单体工作状态差异程度控制在可接受的范围内是保证串联电池组能够安全可靠工作的有效途径。构建了一种基于同芯多绕组的均衡拓扑,对该拓扑进行工作原理分析并建立分析了两种不同工作模式下的等效电路模型,搭建了实验平台进行均衡实验,结果表明该均衡拓扑在两种不同工作模式下都能实现单体间直接均衡,验证了该均衡拓扑的均衡功能。     

基于液冷的锂离子电池组热均衡性研究

为了改善车用锂电池模组在高温高倍率工况下的热均衡性,根据圆柱形锂电池的传热特性,建立了18650锂电池单体的三维热模型,并完成40 °C环境自然对流下的热特性仿真,并通过温升试验验证了生热模型的可靠性. 在此基础之上,针对某型纯电动汽车的动力电池组,提出了一种夹套式电池模组冷却系统,利用Fluent研究了40 °C环境下冷却液流量、冷却液温度和放电倍率对电池组散热均衡性的影响. 结果表明:增加冷却液流量可以有效降低电池组最高温度、最大温差及电池自身温差,改善电池间的温度均匀性;但当入口流量增至0.03 kg/s后,对电池组散热性能的改善效果十分有限;降低冷却液温度后,电池组最高温度下降,但电池组最大温差与单体电池间温差不断上升,单体电池自身最大温差略有降低;当放电倍率增大时,电池组最高温度与最大温差均不断上升,单体电池间温差以及电池自身温差显著增大,电池组热均衡性变差.      

基于反激式变换器的锂电池组主动均衡电路

串联锂电池组大多采用相邻电池单体间能量转移的方式进行均衡,均衡效率低、时间长.为提高锂电池组的均衡效率,提出一种基于反激式变换器主动均衡电路拓扑.该电路拓扑包含4个均衡模块,利用耦合电感作为储能元件将能量从电量高的电池单体转移至其余电池单体.该拓扑结构简单,便于控制,且各模块可同时均衡,有效提高均衡效率、缩短均衡时间.在MATLAB/Simulink中仿真,与传统多电感均衡电路和基于双层Buck-Boost均衡电路进行对比.结果表明:所提出均衡电路效率高且能达到较高精度,有效提高均衡速度,缩短均衡时间.     

基于红外热成像技术的锂离子电池热特性试验研究

为了深入研究锂离子电池在工作状态下的热特性,通过试验与理论分析手段,结合红外成像技术与非接触式可视化观测方法,研究了锂离子电池单体在不同放电倍率下的表面温度分布特征及不同荷电状态(State of charge,SOC)下的温度均衡性和不同测量点的温升特性。结果表明:锂离子电池极耳附近区域为主要的产热源,且放电倍率越高,产热量越大;电池温度上升越快,最高温度越高,电池温度均衡性越差; 1C放电时,电池表面的温度梯度以多个类半圆形温区呈现;并以正极区为圆心向整个电池扩展; 2C放电时,初期形成的两个半圆形温区重合为一个以圆弧为下边的类矩形温区,直至扩展到电池下边缘;不同放电倍率下,电池温升速率均呈现先减小后增大的趋势。根据以上分析及研究成果,可以合理改进电池单体结构,设计电池组或电池包散热方案,提高锂离子电池在工作过程中的高效性和安全性。     

Model based SOC estimation for high-power Li-ion battery packs used on FCHVs

A model based method which recruited the extended Kalman filter （EKF） to estimate the full state of charge （SOC） of Li-ion battery was proposed. The underlying dynamic behavior of the cell pack was described based on an equivalent circuit comprising of two capacitors and three resistors. Measurements in two tests were applied to compare the SOC estimated by model based EKF estimation with the SOC calculated by coulomb counting. Results have shown that the proposed method is able to perform a good estimation of the SOC of battery packs. Moreover, a corresponding battery management systems （BMS） including software and hardware based on this method was designed.     

基于峰值电流控制的快速电池均衡电路

设计了一种基于反激式变压器作为DC/DC转换器的快速无损电池组均衡电路,从高电压电池抽取电流返还回整个电池栈,采用多环式分层结构与峰值电流控制策略显著提高均衡速度,缩短均衡时间。对比传统结构及控制策略的仿真验证了这一设计思想的正确性。     

基于真实数据的电动汽车锂电池故障检测方法

当电池的异常特征不明显时,传统的电动汽车电池系统故障检测方法很难进行早期故障检测。当前大多方法都是基于实验室条件下的测试数据进行研究,利用电动汽车实际运行数据的研究较少。为解决上述问题,提出一种基于真实数据的电动汽车电池系统内短路故障在线检测方法,通过经验模态分解提取分解后的电压残差值作为故障特征,结合香农熵权重法,以每个采样点的香农熵的冗余度作为权重,对串联电池系统中各电芯单体进行评分,结合改进Z-分数,实现对串联电池组的故障检测和定位。利用真实车辆数据进行验证并与阈值法和相关系数法进行比较,验证了该方法的有效性。结果表明,所提出的方法计算成本低、可靠性高,能够在线应用,不需要精确的模型且无需针对不同型号车辆的得分阈值进行试验,降低了试验成本。