基于SOC的电动汽车锂动力电池组主动均衡方法研究

在环境污染和能源危机的双重压力下,发展电动汽车成为汽车产业可持续发展的必由之路。作为电动汽车的动力来源,动力电池直接影响着整车性能。锂离子动力电池凭借其优越性能成为电动汽车理想动力源。而电动汽车应用中,锂离子单体电池需要通过串并联成组以满足电压、容量和功率要求。电池成组后不一致性的存在将降低电池组性能,缩短电池使用寿命,甚至带来安全隐患,因此对电池组进行均衡是十分必要的。(1)本文首先介绍了锂离子电池的基本结构和工作原理,对其主要性能参数进行了描述,分析了锂离子电池的电压、内阻、容量动态特性。接着分析了锂电池组单体不一致性成因,阐述了电压、内阻、容量不一致性原理,然后讨论了不一致性的消除方法,分析比较了分选法和均衡法的原理和特点,表明了采取均衡方法的必要性。(2)在分析了均衡电路的设计要求和各种均衡电路的优缺点的基础上,提出一种模块化的均衡电路。整个电池组被分成若干模块,模块之间均衡电路均衡器为反激变换器,多个模块可以同时进行均衡。模块内均衡电路均衡器为一个公用的buck-boost变换器,能量最高和最低的两个单体率先均衡。两个电路中能量转移路径分别为源模块/单体直接到目标模块/单体。模块间和模块内均衡器分别利用零电压开关和零电流开关方法减少开关损失,其具体工作原理也在文中进行了详细描述。(3)在所设计的均衡电路基础上提出了相对应的均衡控制策略。首先对目前几种均衡判据进行了分析,选取SOC作为均衡判据,给出了均衡过程判断与控制需要用到的相关参数。然后分别就模块间和模块内均衡过程进行了具体阐述,描述了均衡控制的总体原则,设计了各种可能情形的控制算法。其中模块间均衡采用能量最高的模块向能量最低的模块转移能量,能量次高的模块向能量次低的模块转移能量并以此类推的方式。模块内均衡采用能量最高单体向能量最低单体转移能量的方式。(4)最后进行了模块间、模块内和整个电池组的均衡实验,验证了本文所提出的主动均衡方法的效果。