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基于Boost-Buck電路的鋰離子電池組均衡充電方法

發(fā)布時間：2020.07.06

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鋰離子電池以其標稱電壓高、比能量高、自放電率小、使用壽命長和環(huán)境友好等特點得到廣泛應(yīng)用。鑒于應(yīng)用中對電壓等級的要求越來越高，通常將單體鋰離子電池以串并聯(lián)的方式組成電池組提高其電壓及容量。但是,由于制造工藝的缺陷以及原材料材質(zhì)的不均勻，各單元電池的容量和內(nèi)阻不可能完全一致。在充放電過程中，容量小內(nèi)阻高的單元電池會更快達到飽和或者更快耗盡電量;容量大內(nèi)阻低的單元電池則可能發(fā)生欠充或者不完全放電的情況。單元電池間的不一致性會在很大程度_上影響電池組的整體性能和安全。為了使電池組中各單元電池的容量在充放電循環(huán)過程中得到充分發(fā)揮,提高電池組的壽命,最為理想的手段就是在電池組充電時對各單元電池采取有效的均衡措施，保證充電完畢時所有單元電池的電壓基本。目前，主要有能耗型和非能耗型均衡充電方案。能耗型均衡充電方案通常令電壓較高的單元電池通過與之并聯(lián)的電阻放電，直到各單元電池電壓與電壓最低的單元電池一致。
能耗型方案結(jié)構(gòu)簡單,控制容易,但均衡效率低、發(fā)熱嚴重。非能耗型均衡方案包括Boost 分流法間、開關(guān)電容法叭、多線圈變壓器法間、Ramp轉(zhuǎn)換法四等;歸納起來,部分方案是以電感或電容等儲能元件為核心，將電壓較高單元電池的能量通過儲能元件轉(zhuǎn)移到電壓較低的單元電池，部分方案則以變壓器元件為核心，利用變壓器進行能量轉(zhuǎn)移。本文提出了-種基于Boost-Buck電路的新型鋰離子電池組由n只單元電池串聯(lián)組成,n只單元電池陽極和陰極分別通過n個繼電器上的兩對常開觸點與均衡充電主電路并聯(lián)連接，控制系統(tǒng)必須保證在每個時段僅能有- -只單元電池與均衡充電主電路連接。由一臺先恒流后恒壓的直流電源為整個鋰離子電池組串聯(lián)充電。基于Boost-Buck電路的鋰離子電池組均衡充電系統(tǒng)的核心主電路部分可以簡化為圖2所示的電路拓撲結(jié)構(gòu)。主電路由利用繼電器切換的n個單元電池，電感L和電容C兩種儲能元件，功率MOSFET管M1、M2，與M1、M2分別反并聯(lián)的肖特基快速恢復(fù)二極管D1、D2 ,必要的保護電路構(gòu)成。
單元電池間能量轉(zhuǎn)移時，均衡充電電路的工作狀態(tài)受電池組均衡充電控制管理模塊所控。均衡充電控制器通過對各單元電池的電壓進行檢測,計算各單元電池間容量的差值,依據(jù)容量的差值、電容值、電容的預(yù)充電最大電壓以及均衡過程中電容電壓的波動大小確定能量轉(zhuǎn)移策略;能量轉(zhuǎn)移時對電感電流和電容電壓進行實時監(jiān)測,依照控制策略控制功率MOSFET管與相應(yīng)繼電器的通斷,改變電路拓撲結(jié)構(gòu),從而完成各單元電池間電量的均衡。