【《电池均衡控制策略研究现状文献综述》2700字】

电池均衡控制策略研究现状文献综述主动均衡系统一般由硬件系统与软件系统组成，其中软件系统主要由均衡控制策略实现。均衡控制策略通过一种或多种均衡变量形成均衡指标，完成对均衡单体电池的筛选，并设置一定的逻辑或算法控制均衡通道启闭及均衡电流，从而完成均衡功能并保持电池容量在同一水平范围内ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Nishihata</Author><Year>2009</Year><RecNum>154</RecNum><DisplayText>[10]</DisplayText><record><rec-number>154</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="09dexz9w59adeced09q5adw1azzt2azarfta"timestamp="1619831935">154</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Nishihata,Motohiro</author><author>Fujiwara,Koji</author><author>Ishihara,Yoshiyuki</author><author>Todaka,Toshiyuki</author><author>Funabashi,Toshihisa</author><author>Nakashima,Hironori</author><author>Okuno,Yoshimichi</author></authors></contributors><titles><title>Studyofcontrolmethodunderthe30-minbalancingruleforaPVsystem</title><secondary-title>SolarEnergyMaterialsandSolarCells</secondary-title></titles><periodical><full-title>SolarEnergyMaterialsandSolarCells</full-title></periodical><pages>1158-1162</pages><volume>93</volume><number>6-7</number><section>1158</section><dates><year>2009</year></dates><isbn>09270248</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.solmat.2009.03.004</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[10]。目前，均衡控制策略的的难点包括合理的均衡变量选择及高效均衡控制算法的制定等；不恰当的策略可能导致系统存在误均衡、过均衡现象，影响均衡效率及系统使用安全性。基于电压的均衡策略基于电压的均衡策略通过电池管理系统（BMS）采集的各单体电池端电压作为变量评估个单体电池不一致性，从而决定是否开启均衡的控制策略。基于电压的均衡可直接应用目前电池采集子板获取的电池电压、电流、温度值，从而确保了电池均处于可控边界内，为改善电池不一致性、提高电池可用寿命、减少电池使用安全风险提供了基础。针对三元锂电池而言，基于电压的均衡是较为有效的方式，通过采集子板获取电压速率较快、精度较高，无需额外设置采样板；然而针对磷酸铁锂电池而言，其宽电压平台导致其在20%至80%区间内的微弱电流扰动可能导致其表观电压难以反应真实容量情况，且电压采样误差导致的容量估算偏差也可能超过真实不一致性水平，基于电压的均衡不适用于磷酸铁锂电池。此外，由于电池内阻会产生压降，因此基于电压的均衡在均衡末期易产生误均衡的现象，在施加均衡电流后产生的微压升或压降导致电池表观电压突变，这种现象在内阻较大的18650锂离子电池中表现更为明显。基于开路电压的均衡是较为常用的电压均衡策略。由于开路电压直接表征了电池的实际容量并存在映射关系，因此通过开路电压进行均衡不仅控制策略简单，且具备较好的均衡效果。然而开路电压仅在长期静置后的电池中易策略获取，在存在电流激励或电池极化后，开路电压难以在线测量。解决开路电压的实时观测是基于开路电压均衡的技术难点。Meng等人建立了结合时间迟滞的等效电路模型用于快速估算开路电压，并通过相对较短的弛豫时间实现高精度开路电压计算。类似的方法是未来电压均衡策略的可行解决方案之一。基于SOC估算的均衡基于SOC的均衡是从均衡系统的本质出发提出的一类均衡系统，实现各电池的真实容量保持一致。基于SOC的均衡通过估算各个单体电池的SOC评估每个单体的真实剩余容量，完成被均衡单体的筛选，并控制均衡电流。基于SOC的均衡难点在于实时的高精度计算单体电池的SOC，才能保证均衡的准确性与有效性，防止误均衡和过均衡ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>华旸</Author><Year>2019</Year><RecNum>203</RecNum><DisplayText>[5]</DisplayText><record><rec-number>203</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="09dexz9w59adeced09q5adw1azzt2azarfta"timestamp="1619832269">203</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>华旸</author><author>周思达</author><author>何瑢</author><author>崔海港</author><author>杨世春</author></authors></contributors><auth-address>北京航空航天大学交通科学与工程学院;</auth-address><titles><title>车用锂离子动力电池组均衡管理系统研究进展</title><secondary-title>机械工程学报</secondary-title></titles><periodical><full-title>机械工程学报</full-title></periodical><pages>73-84</pages><volume>55</volume><number>20</number><keywords><keyword>电动汽车</keyword><keyword>锂离子电池</keyword><keyword>不一致性</keyword><keyword>均衡控制</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><isbn>0577-6686</isbn><call-num>11-2187/TH</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[5]。目前，较为常用的SOC估计方法主要分为安时积分法、模型预测法、人工智能法等。安时积分法是最常用的面向车载嵌入式系统的电池SOC估计方法，基于电池SOC定义实现计算，并结合温度修正、容量修正、老化修正等各类修正方法优化精度。模型预测法主要包括等效电路模型和电化学模型。2010年左右，随着车载电子技术发展，以8位、16位ECU为基础的新一代电池管理系统硬件技术为软件提供了更好的存储与技术平台，也使得基于模型预测的SOC估计车载应用方法成为可能。通过等效电路模型和各类滤波算法结合从而实现较好的SOC估计结果，该方法适应性高，具有自修正能力，可满足一定条件下的误差观测与修正，目前常用的滤波方法包括信息滤波器、卡尔曼滤波器、粒子滤波器等。但卡尔曼滤波无法解决动力电池系统非线性方程的近似稳态，因此非线性卡尔曼滤波算法、信息滤波算法、贝叶斯滤波算法及粒子滤波器等方法被引入以解决非线性观测稳态，并且在2015年左右于新一代基于32位控制器的电池管理系统中获得应用。电化学模型通过第一性原理构建一系列偏微分方程组描述锂离子电池内部电化学反应过程，从而实现较精准的电池SOC估计。然而，电化学模型计算复杂度高、存储需求空间大，不适合与在线SOC估计。基于SOC的均衡是重要的均衡控制方向，目前该方法的技术难点在于高精度SOC估计与车载嵌入式系统计算复杂度的矛盾。随着先进车规级芯片的应用、多核架构的处理器使用以及远程云端电池管理技术的进步，高精度SOC估计难题可逐渐解决，基于SOC的均衡也将获得更广的应用范围。其他均衡策略基于容量的均衡通过估算各单体电池的剩余容量作为评价指标实现均衡控制，与SOC估计具有相似性。目前基于容量的均衡难以直接实现，原因在于电池容量动态估算精度差、获取难度高，电池容量易受温度、工况等因素影响等。Chen等人ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Chen</Author><Year>2018</Year><RecNum>6</RecNum><DisplayText>[11]</DisplayText><record><rec-number>6</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="09dexz9w59adeced09q5adw1azzt2azarfta"timestamp="1619831086">6</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Chen,Yang</author><author>Liu,Xiaofang</author><author>Fathy,HosamK.</author><author>Zou,Jiming</author><author>Yang,Shiyan</author></authors></contributors><titles><title>Agraph-theoreticframeworkforanalyzingthespeedsandefficienciesofbatterypackequalizationcircuits</title><secondary-title>InternationalJournalofElectricalPower&EnergySystems</secondary-title></titles><periodical><full-title>InternationalJournalofElectricalPower&EnergySystems</full-title></periodical><pages>85-99</pages><volume>98</volume><section>85</section><dates><year>2018</year></dates><isbn>01420615</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.ijepes.2017.11.039</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[11]提出了基于最大剩余可用能的均衡策略，以牺牲均衡速度为代价获取电动汽车更多的剩余可用能，该方法更适用于要求长寿命的汽车。基于电池组不一致性估算的均衡也是一种可能的研究方向ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Zhang</Author><Year>2017</Year><RecNum>13</RecNum><DisplayText>[12]</DisplayText><record><rec-number>13</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="09dexz9w59adeced09q5adw1azzt2azarfta"timestamp="1619831124">13</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Zhang,Caiping</author><author>Jiang,Yan</author><author>Jiang,Jiuchun</author><author>Cheng,Gong</author><author>Diao,Weiping</author><author>Zhang,Weige</author></authors></contributors><titles><title>Studyonbatterypackconsistencyevolutionsandequilibriumdiagnosisforserial-connectedlithium-ionbatteries</title><secondary-title>AppliedEnergy</secondary-title></titles><periodical><full-title>AppliedEnergy</full-title></periodical><pages>510-519</pages><volume>207</volume><section>510</section><dates><year>2017</year></dates><isbn>03062619</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.apenergy.2017.05.176</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[12]。电池组不一致性估算较为复杂，常见的策略包括基于等效电路法、电化学法等。欧阳明高教授等提出了一种基于串联电池组等效电路模型的不一致性估计方法，在单体电池模型基础上采用一系列阻抗元件进行串联模拟铜巴电阻，从而模拟电池模组内不一致性ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Zheng</Author><Year>2018</Year><RecNum>144</RecNum><DisplayText>[13]</DisplayText><record><rec-number>144</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="09dexz9w59adeced09q5adw1azzt2azarfta"timestamp="1619831875">144</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Zheng,Yuejiu</author><author>Gao,Wenkai</author><author>Ouyang,Minggao</author><author>Lu,Languang</author><author>Zhou,Long</author><author>Han,Xuebing</author></authors></contributors><titles><title>State-of-chargeinconsistencyestimationoflithium-ionbatterypackusingmean-differencemodelandextendedKalmanfilter</title><secondary-title>JournalofPowerSources</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofPowerSources</full-title></periodical><pages>50-58</pages><volume>383</volume><section>50</section><dates><year>2018</year></dates><isbn>03787753</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.jpowsour.2018.02.058</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[13]。提供不一致性估算精度是该方法可应用于均衡控制的重要前提。均衡控制策略小结均衡控制策略负责实时计算评价指标并筛选被均衡单体电池，与硬件系统配合完成电池均衡功能。目前，均衡控制策略主要包括基于电压的均衡、基于SOC的均衡等方式。以子板采样电压作为评价指标是目前被动均衡的主要实现方式，控制策略简单、计算复杂度低，但也因电流、温度、采样误差等存在误均衡、过均衡等问题。基于SOC的均衡是较为普适性的均衡控制策略，在面向三元锂电池和磷酸铁锂电池中均可实现较好的均衡效果。但目前基于SOC的均衡难点在于高精度实时SOC估算，通过结合自适应算法以提高环境适应性，可有效改善SOC估计结果。参考文献[1]国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》.汽车零部件.2020:33.[2]商讯.《节能与新能源汽车技术路线图2.0》发布,提出我国汽车发展面向2035年6大目标.商用汽车.2020:5.[3]LiW,FanY,RingbeckF,JöstD,HanX,OuyangM,etal.Electrochemicalmodel-basedstateestimationforlithium-ionbatterieswithadaptiveunscentedKalmanfilter.JournalofPowerSources.2020;476.[4]GaoY,ZhuC,ZhangX,GuoB.Implementationandevaluationofapracticalelectrochemical-thermalmodeloflithium-ionbatteriesforEVbatterymanagementsystem.Energy.2021;221.[5]华旸,周思达,何瑢,崔海港,杨世春.车用锂离子动力电池组均衡管理系统研究进展.机械工程学报.2019;55:73-84.[6]WangQ,MaoB,StoliarovSI,SunJ.Areviewoflithiumionbatteryfailuremechanismsandfirepreventionstrategies.ProgressinEnergyandCombustionScience.2019;73:95-131.[7]JiC,WangB,WangS,PanS,WangD,QiP,etal.Optimizationonuniformityoflithium-ioncylindricalbatterymodulebydifferentarrangementstrategy.AppliedThermalEngineering.2019;157.[8]KnapV,StroeD-I,ChristensenAE,ProppK,FotouhiA,AugerDJ,etal.Self-balancingfeatureofLithium-Sulfurbatteries.JournalofPowerSources.2017;372:245-51.[9]YangJ,CaiY,PanC,MiC.Anovelresistor-inductornetwork-basedequivalentcircuitmodeloflithium-ionbatteriesunderconstant-voltagechargingcondition.AppliedEnergy.2019;254.[10]NishihataM,FujiwaraK,IshiharaY,TodakaT,FunabashiT,NakashimaH,etal.Studyofcontrolmethodunderthe30-minbalancingruleforaPVsystem.SolarEnergyMaterialsandSolarCells.2009;93:1158-62.[11]ChenY,LiuX,FathyHK,ZouJ,YangS.Agraph-theoreticframeworkforanalyzingthespeedsandefficienciesofbatterypackequalizationcircuits.InternationalJournalofElectricalPower&EnergySystems.2018;98:85-99.[12]ZhangC,JiangY,JiangJ,ChengG,DiaoW,ZhangW.Studyonbatterypackconsistencyevolutionsandequilibriumdiagnosisforserial-connectedlithium-ionbatteries.AppliedEnergy.2017;207:510-9.[13]ZhengY,GaoW,OuyangM,LuL