动力电池主动均衡方案总结

11/1722/17工程：纯电动中型公务客车研发及示范动力电池组主动均衡方案合工大: 安凯:编 制： 校 对：校 对： 审 核：审 核： 批 准：合肥工业大学20231115日目录\l“_TOC_250024“背景 1\l“_TOC_250023“均衡变量的选择 2\l“_TOC_250022“以开路电压作为均衡变量 2\l“_TOC_250021“以工作电压作为均衡变量 2\l“_TOC_250020“以SOC作为均衡变量 3\l“_TOC_250019“以剩余可用容量作为均衡指标 3\l“_TOC_250018“主动均衡方案 4\l“_TOC_250017“基于电容式均衡拓扑构造 4\l“_TOC_250016“基于单电容均衡拓扑构造 4\l“_TOC_250015“基于多电容均衡拓扑构造 5\l“_TOC_250014“基于电感式均衡电路 6\l“_TOC_250013“基于单电感均衡构造 6\l“_TOC_250012“基于多电感均衡构造 7\l“_TOC_250011“基于单绕组和多绕组变压器的均衡电路 7\l“_TOC_250010“基于单绕组变压器均衡构造 7\l“_TOC_250009“基于多绕组变压器均衡构造 8\l“_TOC_250008“基于DC/DC变换器式均衡策略 9\l“_TOC_250007“基于Buck变换器均衡构造 9\l“_TOC_250006“基于Buck-Boost变换器均衡构造 10\l“_TOC_250005“基于CUK变换器均衡构造 10\l“_TOC_250004“均衡拓扑构造总结 11\l“_TOC_250003“均衡策略选择 13\l“_TOC_250002“最大值均衡法 13\l“_TOC_250001“平均值及差值比较均衡策略 13模糊掌握法 14\l“_TOC_250000“动力电池组均衡技术总结 14背景电池制作工艺限制，即使同一批次的电池也会消灭不全都；电池组中单体电池的自放电率不全都；致差异的放大。电池均衡技术是保证电池组正常工作，延长电池寿命的必要模块和技术。衡过程是将串联蓄电池组中能量较高的单体蓄电池中的能量通过电阻转化成热散肯定的电池能量，故而现在已经较少使用，本文档也不再累述。均衡变量的选择

1.1电阻分流的被动均衡策略以开路电压作为均衡变量目前多数均衡系统以开路电压作为均衡变量，由于开路电压为直接观测量，简洁测量，并且开路电压与SOC之间存在肯定的关系，开路电压到达全都时电池组SOCSOC与工作电压也存在类似正相关关系，开路电压较高的电池，SOC因此在电池组处于搁置状态时以开路电压作为均衡变量可以在肯定程度上改善OCV-SOC变化范围很小，要求均衡系统采集模块具有较高的采集精度。以工作电压作为均衡变量11/17SOCSOC处于中间阶段时单体间工作电压差距可能会很小，需要保证均衡系统的采样精度。作为均衡变量SOCSOC全部单体电池同时到达充放电截止电压，使得电池组容量得到有效利用。同时，SOCSOC池组SOCSOC作为均衡变量最大的问题在于SOCSOC高精度SOC衡系统具有足够的运算力量。以剩余可用容量作为均衡指标与SOC度对电池组进展均衡，同样能够避开低容量电池导致的“短板效应”，充分发挥SOCSOC主动均衡方案量流向角度也可以分为单向和双向均衡。电池均衡被动均衡 主动均衡

流电阻

单电容型多电容型多电感型

单绕组多绕变压器组变电压器感型Buck器3.1电池均衡电路构造基于电容式均衡拓扑构造

Buck/ 全Boost 桥变换 变器 换器

Cuk器

Ramp器在基于电容式均衡策略的电路拓扑中，最根本的电路拓扑构造有两种，分3.23.3所示；二者的主要差异在于均衡过程中参与均衡的电容数量以及均衡电路的掌握方式的不同。基于单电容均衡拓扑构造3.24/175/1710/17该策略构造相对简单，但是均衡电路体积小，均衡速度快。3.2单电容均衡策略电路基于多电容均衡拓扑构造对于多电容均衡电路，一组电容器在串联电池组相邻电池之间传递电荷，的MOSFET装置来实现，因此其开关频率可以高达上百KHz，所需平衡电容容信号驱动开关的动作。3.3多电容均衡策略电路基于电感式均衡电路基于电感式均衡策略是以电感作为能量转移的载体，实现各单体蓄电池之间能量的均衡。依据电感的耦合形式，又可分为单/多电感均衡策略，均衡电路3.43.5。基于单电感均衡构造单电感式主动均衡中每个单体电池两端通过开关连通两条单向路径，分别连向中间储能元件电感L的两端，通过掌握开关阵列使得能量能在任意两节单仍旧较低。3.4单电感均衡策略电路拓扑基于多电感均衡构造3.5所示，传输，降低了均衡速度，同时也会增加能量损失。3.5多电感均衡策略电路拓扑基于单绕组和多绕组变压器的均衡电路基于单绕组变压器均衡构造。3.6为单绕组变压器均衡策略电在各个单体蓄电池中进展均匀安排，从而完成能量的均衡过程。3.6单绕组变压器均衡策略电路拓扑基于多绕组变压器均衡构造多绕组变压器均衡电路一般指反激式多绕组变压器均衡拓扑电路，工作在DCM(断续模式)易消灭磁饱和。多磁芯变压器式主动均衡增加了变压器式均衡构造的扩展性，每个单体对该方案需要的变压器数量较多，本钱高，占用空间大且难以布置。3.7多绕组变压器均衡策略电路拓扑3.8多铁芯多绕组变压器均衡电路变换器式均衡策略基于DC/DC变换器式均衡策略是指利用DC/DC变换电路，常见的如各式直Buck变换器、Boost变换器、Buck-Boost变换器、Cuk变换器等，其电路拓扑3.93.103.11所示。严格的说以上四种拓扑构造只是DC/DC，在这几种电路构造中还可能与以上介绍过的电路构造有重复的地方。Buck变换器均衡构造Buck变换器属于降压型DC/DC变换器构造，其输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流变换器。依据电感电流I是否连续,Buck变换器有3种工作模,掌握比较便利、简洁。而不连续导电模式为非线性系统，不好掌握。3.9Buck变换器均衡策略电路拓扑基于Buck-Boost变换器均衡构造Buck-Boost变换器是升降压型DC/DCBuck-Boost变换器构造组成消灭支路电流叠加的状况，须认真设计相关参数以保证系统稳定。3.10Buck-Boost均衡策略电路拓扑CUK变换器均衡构造Buck-BoostBuck-Boost升降压变换器存在输入电流和输出电流脉动值较大的缺点而提出的一种一种非隔离式单管DC-DC升降压反极性变换器，BUCK-BOOST变换器一样，CUK构造也具有升Cuk型均衡电电容和电感传递给相邻电池。Cuk型电路，本钱较高。均衡拓扑构造总结

3.11Cuk变换器均衡策略电路拓扑未能逾越的技术问题，导致均衡力量不能够到达要求。基于多绕组变压器均衡方案N个次级绕组只能对应N个电池单体，单体数难以准确实现的难题；最重要是关断时电流回路中巨大的尖峰电流和浪涌电流，给电路中的电容器带来巨大的冲击，缩短电容器寿命甚至损坏电容器；另外，虽障警报和处理机制，安全性下降。4.1均衡拓扑构造比照单电容型开关较少，均衡速率快需电压检测模块从而到达快速均衡方案 优点单电容型开关较少，均衡速率快需电压检测模块从而到达快速均衡多电容均衡

量损失较多单电感型构造简洁，均衡速度快单电感型构造简洁，均衡速度快开关瞬间有能量损失，开关频率高，需滤波电容

流大

开关瞬间有较大能量损失，开关频率了均衡速度，增加能量损失单绕组变压器均衡速度快，低磁损失单绕组变压器均衡速度快，低磁损失掌握简单，本钱高，磁芯和绕组依据电池组电压和单体电压而定，通用性差

均衡

用性差Buck变换器直流电压输出稳定，构造简洁输出电压等于或小于输入电压，仅用于Buck变换器直流电压输出稳定，构造简洁输出电压等于或小于输入电压，仅用于单向均衡Cuk变换器均衡能量可双向流淌，均衡速度快，效率较高掌握简单，电压检测精度要求高

衡，对于电池数量多的系统易于实施

构造简单均衡策略选择原理，目前主要有三种均衡策略。最大值均衡法这种方法以串联电池组中单体电压值最高的单体为均衡对象通过开关阵列选通电压最高的单体对电压最低的单体放电直至到达均衡设定指标设 为串联电池组中电压最高的单体电压值， 电池组中电压最低的单体电压。β为均衡开启阀值，假设 - >β〔依据相关国家标准，单体电压差值超过36mV视为不均衡〕则将电压最高的电池能量释放给串联电池组或者电压最低的单体，直到 - ≤β，则均衡终止。降低系统的均衡效率。平均值及差值比较均衡策略单体的电压值与电池组的平均电压值，进而对电压较高的单体放电；或者比较相邻单体的电压与 压较高的单体进展放电。判定是否均衡有如下两个标准公式：,〔i,j=1,2,3i≠j〕其中，为单体的电压值， 为电池组的平均电压值，β 与β 为给定正数。β 打算了均衡策略对掌握精度的要求，β 定了单体之间的最大压差这两个参数分别打算了均衡系统的均衡精度和均衡效果。状况。模糊掌握策略数渐渐下降，充放电特性随着充放电倍率和环境温度发生较大的变化，其SOC型。而智能型掌握理论—模糊规律掌握(FuzzyLogicControl,FLC)格外适合这样5.1所示。主要包括以下三个步骤：依据隶属函数和模糊规章离线计算查询表(Matlab/fuzzy)；将模糊掌握查询表存入单片机；检测单体状态，查表确定PWM以驱动均衡电路。RuleRulebaseV1输出电流IV2FuzzifierInferenceengineFuzzifier5.1模糊掌握策略模糊规律掌握具有鲁棒性强、实时性好、掌握参数简洁的优势，可以动态地依靠专家阅历，针对不同的电池单体需建立不