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汽车文摘 2025年第2期 23-31页

作者：刘睿江艳王海肇庆学院电子与电气工程学院肇庆526061 肇庆学院机械与汽车工程学院肇庆526061

为了满足系统性能需求,锂离子电池在实际使用中通常需要成组使用,但不同电池单体之间存在不一致性问题,如内阻、电压和自放电率的差异。这些差异会降低电池组的能量利用率、使用寿命,并可能危及电池系统的安全性,电池均衡技术是解决这... 详细信息

为了满足系统性能需求,锂离子电池在实际使用中通常需要成组使用,但不同电池单体之间存在不一致性问题,如内阻、电压和自放电率的差异。这些差异会降低电池组的能量利用率、使用寿命,并可能危及电池系统的安全性,电池均衡技术是解决这一问题的有效手段。深入分析了电池均衡原理,并详细综述了常见的电池均衡电路拓扑结构。对电池均衡技术的发展现状进行了梳理,分析了现有电池均衡拓扑结构的优缺点。同时,研究了近年来涌现的新技术和解决方案。在分析目前电池均衡技术存在的难题的基础上,提出了未来研究发展的方向。

关键词：锂离子电池不一致性均衡技术均衡拓扑结构

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锂离子电池组均衡拓扑结构现况分析

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时代汽车 2025年第6期 154-156页

作者：刘天宝胡一龙杨睿超华北水利水电大学电气工程学院河南郑州450000

高效的电池均衡管理技术是提升锂离子电池性能、保障安全的关键。本文全面阐述了锂离子电池组均衡拓扑结构的研究进程。深入解析了电阻式、电容式、电感式、变压器式以及变换器式等均衡拓扑结构的基本工作原理,重点分析各类拓扑结构的... 详细信息

高效的电池均衡管理技术是提升锂离子电池性能、保障安全的关键。本文全面阐述了锂离子电池组均衡拓扑结构的研究进程。深入解析了电阻式、电容式、电感式、变压器式以及变换器式等均衡拓扑结构的基本工作原理,重点分析各类拓扑结构的优劣及工况影响,并指出未来优化方向,为锂离子电池组均衡管理技术持续发展提供价值参考。

关键词：锂离子电池被动均衡主动均衡均衡拓扑结构电池均衡管理技术

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一种适用于蓄电池组的新型快速均衡拓扑结构

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海军工程大学学报 2022年第6期34卷 16-21页

作者：夏益辉黄利明叶志浩李家豪肖晗海军工程大学电气工程学院武汉430033

蓄电池受工艺制作、使用环境等影响,其不一致性会随着充放电次数增加而逐步扩大,严重时会发生过充、过放现象,导致蓄电池损坏。为此,需要针对蓄电池开展均衡控制研究。而现有均衡电路极少能够实现任意蓄电池之间的均衡控制,使得其均衡... 详细信息

蓄电池受工艺制作、使用环境等影响,其不一致性会随着充放电次数增加而逐步扩大,严重时会发生过充、过放现象,导致蓄电池损坏。为此,需要针对蓄电池开展均衡控制研究。而现有均衡电路极少能够实现任意蓄电池之间的均衡控制,使得其均衡速度不够快,且部分均衡电路及其控制较复杂。为了提高蓄电池组均衡速度,提出了一种新型快速均衡拓扑结构,对其工作模式、控制策略以及参数进行了分析与设计。仿真结果表明:该均衡拓扑结构能够实现蓄电池组在不同工况下的快速均衡,验证了理论分析是正确可行的。

关键词：蓄电池不一致性均衡拓扑结构控制策略

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动力电池组均衡控制策略研究

动力电池组均衡控制策略研究

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作者：王晓辉电子科技大学

学位级别：硕士

动力电池系统是新能源汽车的核心技术。电芯制造工艺的差异使得单体电池的化学和电气性能存在一定的差异,在充放电循环过程中,会导致电池组中各单体电池不一致,从而影响到电池组的整体性能。为了提高电池组的一致性,需要对动力电池组进... 详细信息

动力电池系统是新能源汽车的核心技术。电芯制造工艺的差异使得单体电池的化学和电气性能存在一定的差异,在充放电循环过程中,会导致电池组中各单体电池不一致,从而影响到电池组的整体性能。为了提高电池组的一致性,需要对动力电池组进行均衡管理。目前动力电池组均衡技术还不成熟,需要继续开展相关研究,因此本论文从以下几个方面对均衡控制技术做了进一步的研究与设计。首先,通过查阅大量文献,论述了目前国内外对电池组均衡技术的研究现状,一方面详细介绍了现有的均衡拓扑结构,指出其各自优点以及目前存在的一些不足。另一方面简要概述了目前常用的几种均衡策略。其次,结合电化学反应机理和物理充放电实验数据,阐述了锂离子电池的基本特性。通过对锂离子电池的生产制造、工作工程和存储过程三个方面进行剖析,概括了锂电池不一致的来源,并提出有效的解决举措。采用实验测试的手段,从开路电压、工作电压以及SOC三个角度,总结了锂电池不一致性的表现形式。接着,在传统变压器式均衡拓扑结构的基础上,将均衡主电路小型化、单元模块化,针对不同规模的电池组,选取适当数目的均衡主电路单元,以级联的方式对各均衡主电路单元进行线路连接,实现具有良好扩展性的双向主动均衡拓扑结构,达到能量可以在指定单体电池和电池组之间高效率转移的目标。同时,对比分析常用均衡变量的优缺点,提出以开路电压作为均衡变量的均衡控制策略。然后,在前文理论分析和实验测试的基础上,采用模块化的方法设计均衡系统的硬件,包括基于STM32的主控模块,基于LTC6803的单体电压监测模块,基于DS18B20的温度监测模块,基于LTC3300的均衡开关控制器和基于反激式变压器的均衡主电路,实现均衡系统的硬件系统。采用低耦合高内聚的思路设计均衡系统的软件,包括各硬件电路的驱动程序和系统均衡控制算法程序,完成均衡系统的软件系统。最后,根据本文设计完成了可以管理12节单体电池的均衡控制系统样机,并在实验室现有条件下搭建了试验平台,对电池单体电压监测、温度监测、均衡模块等主要功能单元做了试验测试,对系统静置均衡、充电均衡、放电均衡做了测试。试验结果验证了本设计的正确性和可行性。

关键词：动力电池组均衡管理均衡拓扑结构均衡方法变压器

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多单元电机动力电池组均衡系统研究

多单元电机动力电池组均衡系统研究

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作者：姜赢华天津大学

学位级别：硕士

多单元电机由于高功率密度及高冗余性的特点在电力推进应用中发挥着重要作用。在高可靠性应用场景下,该电机由多个独立的驱动器控制,每个驱动器具有各自对应的电池组。由于电池组自身差异及单元间的差异,使多单元电机系统中电池组出现... 详细信息

多单元电机由于高功率密度及高冗余性的特点在电力推进应用中发挥着重要作用。在高可靠性应用场景下,该电机由多个独立的驱动器控制,每个驱动器具有各自对应的电池组。由于电池组自身差异及单元间的差异,使多单元电机系统中电池组出现不一致性。为了实现高效率、低成本的均衡,本文基于功率分配式均衡方法,结合多单元电机的多个负载特点提出了一种具有功率共享模块的均衡拓扑结构及其控制方法。同时为了延长电池系统的循环使用寿命,提出了寿命最大化均衡策略。首先,论述了具有功率共享模块的均衡拓扑结构及其功率分配实现过程,通过分析功率分配时电池组与负载间的等效电路研究了功率共享模块的控制方法。对拓扑结构实际应用中由于控制信号不同步所产生的影响进行了分析并研究了消除该影响的控制信号补偿方法。为了满足更大均衡功率的需求,进一步提出了功率共享模块的多均衡母线衍生结构,并给出了其控制方法。其次,针对提高电池组容量利用率的需求,利用荷电状态(State of charge,SOC)平均值法研究了实现SOC均衡的控制方法。针对延长电池系统寿命的需求,提出了循环寿命最大化均衡策略及其控制方法。该均衡策略通过电池寿命经验模型建立了电池系统的循环寿命模型,在保证各电池组健康状态(State of Health,SOH)一致均衡前提下加入了电池系统循环寿命最大的优化目标,并通过遗传算法求解出该目标函数下最优控制量。最后,搭建了多单元电机系统实验平台,通过实验对所提拓扑结构、SOC及寿命最大化均衡策略控制方法的有效性进行了验证,并通过仿真对寿命最大化均衡策略的有效性进行了验证。实验结果表明,功率共享模块可有效实现电池组的功率分配且不影响电机的正常运行。在基于SOC均衡实验中,分别进行了电阻负载与电机负载下均衡实验,实现了各电池组SOC一致的均衡,SOC之间的极差分别约为0.2%和0.3%,均衡后一致性较好。在基于SOH均衡实验中,各电池组最优控制量闭环实验的误差约0.5%,闭环效果较好。寿命仿真实验中,相比不均衡情况本文所提出的均衡策略可提高电池系统约20.6%的循环寿命。

关键词：多单元电机均衡拓扑结构 SOC均衡最大寿命均衡

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动力电池组充放电均衡系统的设计与实现

动力电池组充放电均衡系统的设计与实现

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作者：乔泽宇电子科技大学

学位级别：硕士

电动汽车在节约能源和改善环境方面已受到大众充分的认可。电动汽车的动力源即动力电池组,是决定电动汽车性能的关键要素。电池组由多节电力电池串联而成,为电动汽车提供能量。由于制造和工艺的缺陷,即使同一类型的电池也会存在差异性... 详细信息

电动汽车在节约能源和改善环境方面已受到大众充分的认可。电动汽车的动力源即动力电池组,是决定电动汽车性能的关键要素。电池组由多节电力电池串联而成,为电动汽车提供能量。由于制造和工艺的缺陷,即使同一类型的电池也会存在差异性。此外,在行驶过程中,动力电池会进行多次循环充放电,此过程会导致电池组不一致性的扩大,从而造成个别电池的过充放电。这不仅降低了电池组的寿命,还可能引起安全事故。所以,保证电动汽车电池组的一致性成为了当前电池管理的重中之重。本论文对上述现象展开了一系列的研究和分析。1、从国内外热点、市场导向等方向阐述了新能源电动汽车在环保和能源方面对汽车产业的变革做出的贡献以及未来发展的趋势,分析了动力电池组均衡技术研究的目的和意义。通过比较各种车用电池的优缺点分析了锂动力电池在电动汽车的优越性。通过比较分析国内外均衡拓扑结构和均衡策略的优缺点,重点介绍了非能量耗散型均衡技术的重要性和发展,它不仅提高了电池组的寿命和工作效率,而且在节约能源方面有很大优势。2、通过研究电池的不一致性,分析了锂电池的工作机理和锂电池的重要指标参数,以及这些参数在动力电池外特性上的表现。研究分析了锂动力电池的充放电特性,并根据PNGV电池模型进行了HPPC以及标准充放电实验,通过实验和数据来分析锂动力电池组不一致性的机理和外在参数表现,最终确定了以工作电压作为均衡变量来体现电池组的不一致性。3、根据DC-DC变换型拓扑结构,设计了能量非耗散型储能电感对称均衡拓扑结构。通过分析了该均衡电路的工作原理,设计的结构参数,并对电路和参数进行了仿真验证。在此拓扑结构进行均衡策略的设计,提出充电和驻停两种工况下的均衡策略设计,并对其进行仿真验证。4、在均衡电路理论和仿真的平台上,本文确立了均衡系统的整体方案,完成了个均衡系统的软硬件设计。整个系统分为检测部分、均衡控制部分、均衡执行部分。硬件采用模块化结构设计电路,并在处理器中实现了两种不同工况的均衡策略,其中放电均衡用驻停均衡来模拟。5、搭建实验平台,实现了实验结果与理论要求的匹配。验证了能量非耗散型储能电感对称均衡系统的正确性。

关键词：电动汽车不一致性动力电池组均衡拓扑结构均衡策略

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动力锂电池组多层主动均衡系统及策略研究

动力锂电池组多层主动均衡系统及策略研究

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作者：吴良恕安徽理工大学

学位级别：硕士

纯电动汽车近年来发展极其迅速,成为汽车行业的研究热点。锂电池相比于其他蓄电池的优势很明显,其使用寿命长、能量密度高、自放电率低以及无记忆效应等都是目前电动汽车的不二之选,但锂电池在使用过程中由于不一致性又对其安全和寿命... 详细信息

纯电动汽车近年来发展极其迅速,成为汽车行业的研究热点。锂电池相比于其他蓄电池的优势很明显,其使用寿命长、能量密度高、自放电率低以及无记忆效应等都是目前电动汽车的不二之选,但锂电池在使用过程中由于不一致性又对其安全和寿命造成了制约,限制了其发展。因此,锂电池组均衡技术在电池均衡管理系统中显得尤为重要,对电动汽车的发展具有重要的意义。本文首先介绍了锂电池在目前市场上面的一些应用动态,接着阐述了其发展现状以及政策的支持和导向。在电池组需要进行均衡的原因的基础之上,详细去分析了导致锂电池间不一致性的成因,如何去解决不一致性的办法。接着深入比对了几类常见的电池等效电路模型,并对二阶RC等效电路模型进行了相关的参数识别。其次分析了四类均衡拓扑电路:被动均衡、单层主动均衡、双层主动均衡和多层主动均衡。被动均衡主要采用电阻作为耗能器件,将能量高的电池电量通过电阻消耗掉而达到均衡的目的,主动均衡主要采用的是电容、电感和变压器等储能器件来转移电池间的能量达到均衡的目的。本文主要从电路结构、均衡策略、应用场合以及优缺点等方面进行了深入的讨论。再次以串联锂电池组为研究对象,把均衡系统的均衡速度、均衡效率作为考察结果,在应用广泛的Buck-Boost均衡电路的基础上,提出了 2种优化后的多层主动均衡拓扑结构。基于Buck-Boost与飞度电容式多层均衡电路在最高层使用飞度电容模块替代传统电路中的电感,可以实现任意电池间的能量转移,提高了均衡速度和效率;基于Buck-Boost与变压器式多层均衡电路则在传统均衡电路的基础上,优化了各个均衡子电路仅能在相邻电池传递能量的缺陷,减少了电池均衡过程能量转移的步数,增加了均衡电流,从而提高了均衡速度。最后完成了基于多层主动均衡系统设计,并在MATLAB/Simulink中进行了仿真,仿真对比了传统均衡电路和本文优化均衡电路,通过对仿真图像的分析和数据的对比,证实了本文设计的多层主动均衡电路在均衡效果和均衡控制策略上的优异性。图[56]表[9]参考文献[64]

关键词：锂电池组不一致性均衡拓扑结构多层主动均衡

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电动汽车动力电池SOC估算的FFRLS-EKF-BPNN方法与均衡控制研究

电动汽车动力电池SOC估算的FFRLS-EKF-BPNN方法与均衡控制研究

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作者：秦帅郑州大学

学位级别：硕士

电池管理系统是连接动力电池和电动汽车的重要纽带,电池的SOC估算与均衡控制功能是电池管理系统的关键技术。准确的SOC估算对延长电池的使用寿命及安全性具有重要意义,合适的均衡拓扑结构及控制策略可以提升电池组的能量利用率,延长电... 详细信息

电池管理系统是连接动力电池和电动汽车的重要纽带,电池的SOC估算与均衡控制功能是电池管理系统的关键技术。准确的SOC估算对延长电池的使用寿命及安全性具有重要意义,合适的均衡拓扑结构及控制策略可以提升电池组的能量利用率,延长电动汽车的续航里程。以提高SOC估算精度和提升电池均衡效率为目标,本文进行了以下研究: 1、建立了电池等效模型并进行了参数识别。利用HPPC实验的数据对电池参数进行了离线辨识,使用FFRLS方法对电池参数进行了在线辨识,通过等效电路模型计算得到两种参数下的端电压并与实验所得端电压对比,在线参数识别方法得到的端电压误差较小,辨识精度更高。 2、提出了一种基于FFRLS-EKF-BPNN的SOC估算方法。使用了 FFRLS方法进行参数在线识别,使用BP神经网络算法的输出补偿EKF的SOC估算误差;建立了 SOC估算仿真模型,将仿真结果与实验结果对比,本文所用方法的SOC估算误差在0.5%以内,电压的估算误差在10mV以内,有较好的估算效果。 3、提出了一种基于双向反激式直流变换器的均衡拓扑结构,根据电池的多种不一致性情况设计了不同的工作原理。通过分析SOC与端电压工作时的变化特点,选择了 SOC作为均衡变量,计算了均衡变量的阈值,制定了均衡控制系统的均衡策略,建立了均衡系统的理论基础。 4、搭建了结合FFRLS-EKF-BPNN估算方法的均衡控制系统仿真模型,在静置、充电、放电状态下进行仿真模拟。与“削峰填谷”式均衡策略的仿真结果对比,本文的均衡方法消耗能量较少,能量转移效率高,均衡速度快;又通过NEDC、UDDS工况下的仿真结果证明本文均衡方法在复杂工况下的均衡效果。通过多种工作状态下的均衡结果证明本文均衡方案的可行性与优势。

关键词：电动汽车锂离子动力电池电池SOC估算扩展卡尔曼滤波均衡拓扑结构主动均衡

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电动汽车动力电池组主动均衡策略研究

电动汽车动力电池组主动均衡策略研究

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作者：孙炜煊长安大学

学位级别：硕士

电动汽车通常采用多级动力电池串联的方式供能,而单体电池由于温度、制作工艺等原因,会产生容量不一致的现象,从而导致电池过充过放等问题,对电动汽车的性能和安全构成威胁。为保证动力电池组能够安全有效的工作,需要采用电池组均衡技术... 详细信息

电动汽车通常采用多级动力电池串联的方式供能,而单体电池由于温度、制作工艺等原因,会产生容量不一致的现象,从而导致电池过充过放等问题,对电动汽车的性能和安全构成威胁。为保证动力电池组能够安全有效的工作,需要采用电池组均衡技术,对动力电池组增添均衡拓扑电路,并配以相应的控制策略。然而,现有的均衡策略普遍存在均衡速率慢、能量损耗高等缺陷。针对以上问题,本文以电动汽车动力电池组作为研究对象,对其主动均衡策略和方法展开深入研究。论文的主要研究内容有:(1)以电动汽车常用锂离子电池作为研究对象,深入研究锂离子电池工作原理及内部特性,并通过电池测试设备对锂离子电池进行过充电和过放电实验测试。在此基础上,通过研究锂离子电池的过充、过放机理,分析了电池组不均衡的危害性。(2)对电动汽车电池组的连接方式进行可靠度研究,分析了不同电路形式下均衡的必要性,并对电池组的不一致性因素进行研究与分析。建立了电池组不均衡度评价数学模型,对电池组的不均衡状态进行分类,并对耗散型被动均衡与非耗散型主动均衡策略展开详细剖析,对比分析了几种典型的动力电池组均衡策略,比较各种方法在不同均衡状态下的优缺点,挖掘非耗散型主动均衡中拓扑结构与控制策略的改进空间。(3)针对目前均衡策略能量转移效率不高、转移时间久等问题,在基于电感的并行架构均衡法和基于电感的双路交错架构均衡法的基础上,提出双路交错并行架构的新型主动均衡法,针对该均衡法进行了拓扑结构、控制策略与电路元件参数等相关内容的研究与计算。理论研究表明该均衡策略可以有效的提高电池组的均衡效率。(4)通过Simulink平台,进行了基于Simscape库的仿真电路搭建与控制算法编写,在电池组闲置、充电、放电三种情况下进行了各种均衡方案的对比仿真测试。仿真结果表明,双路交错并行架构的新型均衡策略与传统的均衡方案相比,具有较高的均衡速度和较低的能量损耗,可以有效减少由于动力电池组的不一致性对电池健康状态和电动汽车安全运行的影响。

关键词：主动均衡动力电池电动汽车均衡拓扑结构

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电动汽车锂离子电池交替式均衡控制系统研究

电动汽车锂离子电池交替式均衡控制系统研究

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作者：夏占西安科技大学

学位级别：硕士

随着能源需求增长和环境污染恶化,电动汽车将逐步占领汽车市场。作为电动汽车动力心脏的锂离子电池,在使用过程中剩余电量的不一致性不断扩大,直接影响电动汽车的续航里程,因此电池均衡控制系统成为电动汽车领域的研究热点。本文以1865... 详细信息

随着能源需求增长和环境污染恶化,电动汽车将逐步占领汽车市场。作为电动汽车动力心脏的锂离子电池,在使用过程中剩余电量的不一致性不断扩大,直接影响电动汽车的续航里程,因此电池均衡控制系统成为电动汽车领域的研究热点。本文以18650三元锂离子电池为研究对象,开展以下研究:首先,采用扩展卡尔曼滤波算法对电池进行SOC估算。搭建二阶RC电路模型,采用HPPC脉冲测试法进行电池参数识别,在MATLAB/Simulink中对该电路模型的精确性进行仿真验证。在1C放电倍率直流放电和1C、1/3C放电倍率间歇放电工况下,通过仿真得到的工作电压数据与实验数据进行对比,误差值在0.05v之内,验证电路模型的有效性。在MATLAB中分别进行直流放电工况和间歇放电工况下的SOC估算仿真,并与实验数据进行对比,误差值控制在3%左右,验证扩展卡尔曼滤波算法的可行性。其次,设计短路式均衡拓扑结构及其控制策略。以SOC作为均衡变量,通过继电器通断实现不同电池之间的交替重组,形成串联电池组进行充放电,以达到整个电池组SOC均衡的目的。在Simulink中进行相对应充放电仿真,验证该系统的可行性。仿真结果表明,在正常工况下,单体电池在充放电过程中的不一致性控制在1.556%以内;故障工况下,电池组依然能够选择性放电,直至电池组不满足放电需求。最后,搭建交替式均衡控制系统实验平台,进行电池组电压采集,SOC估算及不同工况下的充放电实验。实验结果表明,该系统采集到的电压值及SOC估算值均与真实值变化趋势相同,具有可行性;在正常工况下的放电实验中,延时时间由20s缩短为10s,电池之间的不一致性缩小至1.27%,能明显改善系统的均衡效果。实验结果与仿真结果相一致,证明该系统对电池均衡控制的有效性。

关键词：锂离子电池 SOC估算均衡拓扑结构控制策略

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