基于Boost-Buck电路的锂离子电池组均衡充电方法-江苏凤谷节能科技有限公司

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基于Boost-Buck电路的锂离子电池组均衡充电方法

发布时间：2020.07.06

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锂离子电池以其标称电压高、比能量高、自放电率小、使用寿命长和环境友好等特点得到广泛应用。鉴于应用中对电压等级的要求越来越高，通常将单体锂离子电池以串并联的方式组成电池组提高其电压及容量。但是,由于制造工艺的缺陷以及原材料材质的不均匀，各单元电池的容量和内阻不可能完全一致。在充放电过程中，容量小内阻高的单元电池会更快达到饱和或者更快耗尽电量;容量大内阻低的单元电池则可能发生欠充或者不完全放电的情况。单元电池间的不一致性会在很大程度_上影响电池组的整体性能和安全。为了使电池组中各单元电池的容量在充放电循环过程中得到充分发挥,提高电池组的寿命,最为理想的手段就是在电池组充电时对各单元电池采取有效的均衡措施，保证充电完毕时所有单元电池的电压基本。目前，主要有能耗型和非能耗型均衡充电方案。能耗型均衡充电方案通常令电压较高的单元电池通过与之并联的电阻放电，直到各单元电池电压与电压最低的单元电池一致。
能耗型方案结构简单,控制容易,但均衡效率低、发热严重。非能耗型均衡方案包括Boost 分流法间、开关电容法叭、多线圈变压器法间、Ramp转换法四等;归纳起来,部分方案是以电感或电容等储能元件为核心，将电压较高单元电池的能量通过储能元件转移到电压较低的单元电池，部分方案则以变压器元件为核心，利用变压器进行能量转移。本文提出了-种基于Boost-Buck电路的新型锂离子电池组由n只单元电池串联组成,n只单元电池阳极和阴极分别通过n个继电器上的两对常开触点与均衡充电主电路并联连接，控制系统必须保证在每个时段仅能有- -只单元电池与均衡充电主电路连接。由一台先恒流后恒压的直流电源为整个锂离子电池组串联充电。基于Boost-Buck电路的锂离子电池组均衡充电系统的核心主电路部分可以简化为图2所示的电路拓扑结构。主电路由利用继电器切换的n个单元电池，电感L和电容C两种储能元件，功率MOSFET管M1、M2，与M1、M2分别反并联的肖特基快速恢复二极管D1、D2 ,必要的保护电路构成。
单元电池间能量转移时，均衡充电电路的工作状态受电池组均衡充电控制管理模块所控。均衡充电控制器通过对各单元电池的电压进行检测,计算各单元电池间容量的差值,依据容量的差值、电容值、电容的预充电最大电压以及均衡过程中电容电压的波动大小确定能量转移策略;能量转移时对电感电流和电容电压进行实时监测,依照控制策略控制功率MOSFET管与相应继电器的通断,改变电路拓扑结构,从而完成各单元电池间电量的均衡。

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