基于鋰電池組雙層均衡控制結(jié)構(gòu)設計及其仿真驗證

摘 要：由于鋰電池組間能量的不均衡，文章提出一種新型雙層均衡控制電路，改善了單體電池間電壓差，從而實現(xiàn)電池組間能量的動態(tài)均衡。實驗結(jié)果表明，該方案可以有效實現(xiàn)電池組間能量的動態(tài)均衡，延長鋰電池組使用壽命的目的。

關(guān)鍵詞：鋰電池組；雙層均衡；使用壽命

引言

面對日益嚴峻的能源危機和環(huán)境污染的難題[1]，電動汽車由于具有行駛噪聲小，結(jié)構(gòu)簡單等一系列優(yōu)點格外受到人們的關(guān)注[2]。但在其使用過程中，工作環(huán)境不同以及電壓不均衡的積累又加劇了鋰電池組參數(shù)的不一致[3]。因此在實際應用中必須對鋰電池組采取均衡措施。為解決目前鋰電池組電壓均衡方案普遍存在的問題，文章提出了一種新型的雙層無損均衡電路。該電路的主要特點是將整個電池組分為多個模組，每一個模組由3節(jié)單體電池構(gòu)成，因此可以使得非相鄰電池之間進行能量的傳遞，從而大大提高了電池組的均衡速度和工作效率。

1 新型的雙層無損均衡電路

電路拓撲結(jié)構(gòu)由底層Buck-Boost電路，頂層飛渡電容組成。如圖1所示，底層內(nèi)均衡以電感作為能量轉(zhuǎn)移媒介，實現(xiàn)單元內(nèi)單體電池間的能量轉(zhuǎn)移。頂層之間以飛渡電容法作為均衡媒介，實現(xiàn)電池單元間能量的點對點傳遞，從而大大提高電池組間均衡的工作效率。同時雙層均衡系統(tǒng)間通過CAN總線實時進行數(shù)據(jù)傳輸，上下層均衡器協(xié)調(diào)動作，互不干擾。與單層系統(tǒng)相比，該方案能快速實現(xiàn)鋰電池組間能量的動態(tài)轉(zhuǎn)移，提高了整個系統(tǒng)均衡效率。

2 實驗及結(jié)果分析

實驗選用MATLAB/simulink進行仿真實驗以驗證控制效果。在簡化的情況下選取12串（4個電池模組，每個模組由3節(jié)單體電池組成）額定容量為2600mAh鋰電池進行均衡實驗，最大均衡電流5A，電感L為10μH，電感直流電阻約35mΩ，MOSFET導通電阻約30mΩ。

圖2為在均衡過程中電池模組間端電壓情況，由圖可以看出在均衡初期模組間壓差較大，但是在仿真后期模組間壓差明顯變小從而有效保護了電池組。圖3為均衡系統(tǒng)模組內(nèi)各單體電池端電壓情形。文章設計的新型主動均衡系統(tǒng)可使各單體電池的電壓趨于一致，且用時較短，達到了良好的均衡效果。

3 結(jié)束語

文章立足于鋰電池在新能源領(lǐng)域的廣闊前景和實際應用，圍繞均衡系統(tǒng)電路拓撲圖和控制策略，針對傳統(tǒng)均衡系統(tǒng)的不足，提出新型雙層無損均衡控制方案。仿真結(jié)果表明該均衡系統(tǒng)在單片機的控制下可以有效實現(xiàn)鋰電池組間的均衡效果。

參考文獻

[1]Wang J F， Qu S B， Xu Z， et al. A broad band three-dimensional isotropic left-handed metamaterial[J].Journal of Physics D： Applied Physics，2000，42（15）：15413.

[2]張松，屈紹波，馬華，等.基于平行金屬條的左手結(jié)構(gòu)設計與仿真研究[J].物理學報，2009，58（6）：1-3.

[3]SMITH D R. Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials[J].Physical Review E：2005，71（3）：03661.

作者簡介：萬洪（1989-），男，四川人，碩士研究生，研究方向為超材料對天線性能的改善及無線電力傳輸。