磷酸铁锂电池组的均衡充电研究与应用分析

针对车载磷酸铁锂动力电池组串联充电的需求,搭建了磷酸铁锂动力电池组管理系统,对动力电池组进行了串联充电试验。分析了电池组串联充电过程中单节电池电压和荷电状态不一致的情况,讨论了电池组单节电池的分散性对充电性能的影响,提出了对单节电池进行小电流补充充电的均衡方法,使电池组中单节电池的荷电状态基本相等。理论分析和试验验证表明,电池组串联充电末期,单节电池之间电压相差较大,荷电状态有一定差异,对单节电池补入少量电量(小于5%)即可使得电池组荷电状态一致性得到较大的改善。提出一种阶段式动力电池组均衡充电方法,从而可以避免动力电池组个别电池过充,而其他电池充不满的问题。     

一线总线在锂电池组充电管理中的应用

文中介绍了将一线总线器件DS2781用于锂电池组充电过程的管理，简化了电池管理检测电路的结构，通过读取电池组的状态参数。如电池组充电电流、电压、电池串数、温度和充电次数等，并把它们用于电池组的充电过程控制，从而提高了锂电池组充电控制的精确性．充电管理的可靠性和安全性。     

优化均衡充电技术及智能充电系统

该成果根据电动车辆运行时电池组的总体期望目标，深入研究对电池充放电的全面要求，即无伤害的充电方式，充电过程优化控制算法，充电机应该具有的智能，特别是如何充电才能延长电池的使用寿命及修复式充电方法，并开发了均衡充电电路和实现均衡的控制算法。     

主被动均衡电池管理系统设计

为了克服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，文中通过提出一种基于现场可编程门阵列（Field-ProgrammableGateArray，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，能有效的提升电池均衡速度，改善电池使用效率。     

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.     

锂离子电池组均衡充电和保护系统研究

为了提高串联电池组充电过程中的一致性,设计了电池组均衡充电保护系统并介绍了其具体实现方法.分析了锂离子电池组均衡充电保护系统在电池组充电过程中的均衡充电和保护功能,建立了电池组均衡充电的控制模型.在锂离子电池组的均衡充电试验过程中,测量了模块的分离电流和反馈总线电压.豪华电动大客车BFC6100EV运行试验表明,均衡充电保护系统改善了电池组充电过程中的一致性以及保护作用,改善了电池的性能,延长了电池组的使用寿命.     

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。     

锂离子电池智能充电控制器的研究与设计

该文论述了一种先进的锂离子电池充电控制器设计：在充电前检测电池的电压值,再对电压过低的电池进行涓流充电。当电池最终浮充电压达到4.2 V时,充电过程终止,整个过程由低功耗MCU进行控制。在检测到温度升高时,内部的热限制电路将自动减小充电电流。再结合专用的控制执行和保护电路,实现了锂离子电池充电控制的智能化。该设计通过了理论分析与实物制作测试,证明了该设计可行、可靠。     

电动汽车锂电池组的新型双向均衡法

由于电池制造工艺的制约导致生产出的电池间存在一定的离散性,多次充放电后不一致性更加严重,因此有必要对电动汽车电池组进行均衡.在分析了锂电池间不一致性的基础上建立了双向均衡结构,采用粒子滤波PF(Particle Filter)法估算电池初始剩余电量SOC(State Of Charge),提出了先让高SOC电池放电和先给低SOC电池充电的均衡法.该方法相比传统基于充电电压的均衡法能更精确的反映电池能量状态.实验结果表明,对于要求低能耗的系统采用先让高SOC电池放电均衡至±2%平均SOC界限范围;对于要求均衡结果一致性较高的系统采用先给低SOC电池充电均衡至±1%平均SOC界限范围.该均衡方法有效改善了电池组间的不一致性,对于提高电动汽车锂离子电池的使用寿命和续航里程具有实际意义.     

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.     

动力锂电池变电阻均衡充电方法研究

针对动力锂电池组中单体电池之间电压不一致性,提出一种变电阻均衡充电方法。在分析了单体电池间电压不一致性的原因、设计数字可变电阻器和可变电阻仿真模型的基础上,采用Matlab/Simulink软件对可变电阻均衡充电进行仿真,根据电池端电压大小调节均衡电阻值。结果表明变电阻均衡控制可使电压误差控制在0.3 mV以内,有效的减小单体电池之间的不一致性、延长电池的使用寿命。     

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。     

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。     

USB_PD协议快充移动电源设计

为实现移动电源的大功率电能传输,节省充电时间,结合USB_PD快速充电协议设计了一款快充移动电源。本设计采用易能微电子科技有限公司的EDP3010可重构数字电源芯片为控制器,通过构建相关硬件电路以及相应软件的编写,实现了基于USB_PD协议的快速充电功能,给四串锂电池组充电最大功率可以达到90 W,可为支持USB_PD协议的电子设备进行快速充电,最大输出功率达65 W,且具有多项保护功能可保证充放电过程的安全进行。     

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.     

基于剩余容量估算的快速蓄电池均衡

针对现有蓄电池均衡方法工作时间长、只对电压均衡而不对容量均衡等缺点,采用基于Kalman滤波器与系统参数辨识集成的方法计算蓄电池剩余容量,并提出了一种新型蓄电池容量均衡结构。该容量均衡方法采用将串联蓄电池组单体分层的结构,使得每层的蓄电池单体不但能够在层内进行容量均衡,同时还可以与其他层之间均衡,因此均衡速度得到很大提高,均衡时间比传统方法缩短50%左右,而快速均衡电路的成本并没有增加。仿真和实验结果表明,该结构比传统结构均衡速度显著增加。     

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。     

海洋探测机器人蓄电池状态监测系统设计与研究

针对海洋探测机器人锂离子蓄电池的安全性和可控性较差等问题,提出一种基于STM32单片机控制的充放电状态监测系统。对蓄电池状态监测系统的主控模块、单电池电压监测模块和均衡模块的硬件及相关电路进行了设计。系统采用主从式拓扑结构,通过硬件调试和优化,有效地减小了电路板的占空面积,提升了系统的散热性能。测试结果表明,电压、电流和温度等数据显示正确,单电池电压的最大检测偏差为0.96%,最大单电池电压超出电池组平均电压6 mV,均衡效果良好。