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1、項目：純電動中型公務客車研發(fā)及示范動力電池組主動均衡方案合工大:安凱:編制：校對：校對：審核：審核：批準：合肥工業(yè)大學2015年11月15日目錄1背景12均衡變量的選擇22.1以開路電壓作為均衡變量22.2以工作電壓作為均衡變量22.3以SOC作為均衡變量32.4以剩余可用容量作為均衡指標33主動均衡方案43.1基于電容式均衡拓撲結構43.1.1基于單電容均衡拓撲結構43.1.2基于多電容均衡拓撲結構53.2基于電感式均衡電路63.2.1基于單電感均衡結構63.2.2基于多電感均衡結構73.3基于單繞組和多繞組變壓器的均衡電路73.3
2、.1基于單繞組變壓器均衡結構73.3.2基于多繞組變壓器均衡結構83.4基于DC/DC變換器式均衡策略93.4.1基于Buck變換器均衡結構93.4.2基于Buck-Boost變換器均衡結構103.4.3基于CUK變換器均衡結構104均衡拓撲結構總結115均衡策略選擇135.1最大值均衡法135.2平均值及差值比較均衡策略135.3模糊控制法146動力電池組均衡技術總結141背景隨著動力電池在電動汽車動力系統(tǒng)中的廣泛應用，逐漸暴露出一系列諸如耐久性、可靠性和安全性等方面的問題。電池成組后單體之間的不一致是引起這一系列問題的主要原因之一
3、。由于電動汽車類型和使用條件限制，對電池組功率、電壓等級和額定容量的要求存在差別，電池組中單體電池數(shù)量存在很大的差異。即使參數(shù)要求相似，由于電池類型不同，所需的電池數(shù)量也存在較大的差別。總體看來，單體數(shù)量越多，電池一致性差別越大，對電池組性能的影響也越明顯。車載動力鋰離子電池成組后，電池單體性能的不一致嚴重影響了電池組的使用效果，減少了電池組的使用壽命。造成單體電池問差異的因素主要有以下三方面：（1）電池制作工藝限制，即使同一批次的電池也會出現(xiàn)不一致；（2）電池組中單體電池的自放電率不一致；（3）電池組使用過程中，溫度、放電效率、保護
4、電路對電池組的影響會導致差異的放大。因此均衡系統(tǒng)是車載動力鋰電池組管理系統(tǒng)的關鍵技術。從電池集成和管理方面來看，主要可以從兩個方面來緩解電池不一致帶來的影響：成組前動力電池的分選；成組后基于電池組不一致產(chǎn)生的表現(xiàn)形式和參數(shù)的電池均衡技術。然而，成組前電池單體的分選技術在保證電池組均衡能力方面是有限的，其無法消除電池組在使用過程中產(chǎn)生的不均衡。所以，基于電池組不一致的表現(xiàn)形式和參數(shù)的電池均衡技術是保證電池組正常工作，延長電池壽命的必要模塊和技術。串聯(lián)蓄電池組均衡策略，按照均衡過程中能量的流動和變換形式可以分為被動均衡和主動均衡兩大類。被
5、動均衡策略的典型代表為電阻分流均衡策略，其均衡過程是將串聯(lián)蓄電池組中能量較高的單體蓄電池中的能量通過電阻轉化成熱能，最終實現(xiàn)串聯(lián)蓄電池組中各單體蓄電池能量的一致。該方法在均衡過程中耗散一定的電池能量，故而現(xiàn)在已經(jīng)較少使用，本文檔也不再累述。15圖1.1電阻分流的被動均衡策略2均衡變量的選擇2.1以開路電壓作為均衡變量目前多數(shù)均衡系統(tǒng)以開路電壓作為均衡變量，因為開路電壓為直接觀測量，容易測量，并且開路電壓與SOC之間存在一定的關系，開路電壓達到一致時電池組SOC一致性也較好，而相同充放電電流時SOC與工作電壓也存在類似正相關關系，開路電
6、壓較高的電池，SOC較高，充放電時該電池電壓仍會高于其他電池，因此在電池組處于擱置狀態(tài)時以開路電壓作為均衡變量可以在一定程度上改善電池組不一致性狀態(tài)。但是以開路電壓作為均衡變量使得均衡系統(tǒng)只能工作于電池組擱置狀態(tài)，降低系統(tǒng)工作效率。不同廠商、不同型號的電池OCV-SOC曲線可能會存在差異，故均衡控制過程中某些參數(shù)需要重新標定。此外，開路電壓本身變化范圍很小，要求均衡系統(tǒng)采集模塊具有較高的采集精度。2.2以工作電壓作為均衡變量工作電壓與開路電壓一樣都是可以直接測量的參數(shù)，而且工作電壓相比于開路電壓變化范圍更大，采集精度上更容易滿足要求。
7、以工作電壓作為均衡變量的均衡系統(tǒng)工作于電池組充放電階段，由于目前純電動汽車上的動力鋰離子電池組充放電截止條件就是以工作電壓來判定的，以工作電壓作為均衡變量可以保證在不過充過放的前提下盡可能的提高電池組的容量利用率。對于老化程度較深、內阻較大的電池，在非滿放的情況下，以工作電壓一致作為均衡目標可以保證其工作過程中SOC波動范圍小于其他電池，可減緩該電池的老化速度，延長整組電池15的使用壽命。以工作電壓作為均衡變量的缺點在于其受干路電流的影響波動幅度特別大，特別是在純電動汽車實際運行工況下，工作電壓可能會出現(xiàn)劇烈波動，使得均衡系統(tǒng)啟閉頻繁
8、，開關損耗增加。在電池SOC較高和較低時工作電壓變化比較劇烈，對均衡系統(tǒng)均衡能力要求較高，而SOC處于中間階段時單體間工作電壓差距可能會很小，需要保證均衡系統(tǒng)的采樣精度。2.3以SOC作為均衡變量SOC的數(shù)學表達式可知，
