锂电池均衡策略研究与主动均衡电路设计

论文总字数：21219字

摘 要

本文通过设计锂电池组的主动均衡策略及其仿真电路，探究锂电池充放电时各单电池之间的性能差异变化，验证主动均衡控制策略的可行性。

由于锂电池各单电池之间存在不一致，电池实现能量输入和输出时发生容量未完全应用现象，减少锂电池的寿命和导致安全隐患，为解决此问题可采用主动均衡电路实现静态均衡和充放电时的动态均衡。各种均衡策略中以建立动态均衡点，实现主动均衡为最广泛应用及最有效办法。除去SOC状态还可以通过锂电池的端电压的变化表示其负荷电量的变化。本文采用基于动态均衡点的均衡思路，设计均衡策略，辅以PID调节和PWM控制，设计电路和进行实验建模仿真，验证了控制策略的可行性和课题的实用性。经过实验和仿真结果表明，均衡电路可以有效使锂电池的端电压趋进于动态均衡点，实现能量均衡。

关键词：锂电池 不一致性 主动均衡 动态均衡点 DC-DC PID

Abstract

In this paper, the active balance strategy and its simulation circuit of lithium battery group are designed to explore the performance differences among individual batteries when lithium battery is charged and discharged, and to verify the feasibility of the active balance control strategy.

Due to the inconsistency between individual lithium batteries, the capacity of the battery is not fully applied when energy input and output occurs, reducing the life of lithium batteries and leading to safety risks. In order to solve this problem, active balance circuit can be used to achieve static balance and dynamic balance when charging and discharging. Among all kinds of equilibrium strategies, establishing dynamic equilibrium point and realizing active equilibrium are the most widely used and effective methods. In addition to the SOC state, the change of the load capacity can be expressed by the change of the terminal voltage of lithium battery. This paper adopts the equalization thought based on the dynamic equalization point, designs the equalization strategy, supplemented by PID regulation and PWM control, designs the circuit and carries on the experimental modeling simulation, verifies the feasibility of the control strategy and the practicability of the subject. The results of experiment and simulation show that the equalization circuit can effectively make the end voltage of lithium battery move towards the dynamic equalization point and realize energy equalization.

KEY WORDS: lithium battery Inconsistency active equalization dynamic equilibrium point DC-DC PID

目 录

摘要3

ABSTRACT3

第一章 绪论7

1.1锂离子电池在现代社会的意义和背景 7

1.2锂离子电池的不一致性 8

1.2.1锂离子电池不一致性定义及产生原因 8

1.2.2锂离子电池不一致性的影响和危害 8

1.2.3锂离子电池不一致性的应对 9

1.3锂离子电池的均衡 9

1.4本章小结 10

第二章 主动均衡电路 11

2.1均衡拓扑逻辑结构的分类 11

2.2主动均衡拓扑逻辑结构的分类 11

2.2.1电容式均衡 11

2.2.2电感式均衡 12

2.2.3变压器式均衡 13

2.2.4能量转换式均衡 14

2.3对复合结构的DC-DC转换器式均衡电路的分析 15

2.4本章小结16

第三章 主动均衡电路的控制策略 17

3.1主动均衡电路的控制策略分析 17

3.2基于压差 查表法的均衡控制策略 17

3.3基于动态均衡点的均衡控制策略 18

3.3.1基于动态均衡点的控制策略流程 18

3.3.2确定开关管的占空比 18

3.3.3确定电感值 19

3.4本章小结 20

第四章 主动均衡电路的系统电路与Matlab仿真 21

4.1主动均衡电路的系统电路 21

4.2主动均衡电路的仿真及实验 21

4.2.1锂电池模型的选择 21

4.2.2仿真电路设计 22

4.2.3仿真结果分析 22

4.2.4拓展结构式电路设计 23

4.3提高了均衡速率和稳定性的仿真电路设计 25

4.4本章小结27

第五章 课题总结与未来展望 29

5.1课题总结 29

5.2实验不足和未来展望30

参考文献 31

致谢32

1. 绪论

1.1锂离子电池在现代社会的意义和背景

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