基于鋰電池組雙層均衡控制結構設計及其仿真驗證

摘 要：由于鋰電池組間能量的不均衡，文章提出一種新型雙層均衡控制電路，改善了單體電池間電壓差，從而實現電池組間能量的動態均衡。實驗結果表明，該方案可以有效實現電池組間能量的動態均衡，延長鋰電池組使用壽命的目的。

關鍵詞：鋰電池組；雙層均衡；使用壽命

引言

面對日益嚴峻的能源危機和環境污染的難題[1]，電動汽車由于具有行駛噪聲小，結構簡單等一系列優點格外受到人們的關注[2]。但在其使用過程中，工作環境不同以及電壓不均衡的積累又加劇了鋰電池組參數的不一致[3]。因此在實際應用中必須對鋰電池組采取均衡措施。為解決目前鋰電池組電壓均衡方案普遍存在的問題，文章提出了一種新型的雙層無損均衡電路。該電路的主要特點是將整個電池組分為多個模組，每一個模組由3節單體電池構成，因此可以使得非相鄰電池之間進行能量的傳遞，從而大大提高了電池組的均衡速度和工作效率。

1 新型的雙層無損均衡電路

電路拓撲結構由底層Buck-Boost電路，頂層飛渡電容組成。如圖1所示，底層內均衡以電感作為能量轉移媒介，實現單元內單體電池間的能量轉移。頂層之間以飛渡電容法作為均衡媒介，實現電池單元間能量的點對點傳遞，從而大大提高電池組間均衡的工作效率。同時雙層均衡系統間通過CAN總線實時進行數據傳輸，上下層均衡器協調動作，互不干擾。與單層系統相比，該方案能快速實現鋰電池組間能量的動態轉移，提高了整個系統均衡效率。

2 實驗及結果分析

實驗選用MATLAB/simulink進行仿真實驗以驗證控制效果。在簡化的情況下選取12串（4個電池模組，每個模組由3節單體電池組成）額定容量為2600mAh鋰電池進行均衡實驗，最大均衡電流5A，電感L為10μH，電感直流電阻約35mΩ，MOSFET導通電阻約30mΩ。

圖2為在均衡過程中電池模組間端電壓情況，由圖可以看出在均衡初期模組間壓差較大，但是在仿真后期模組間壓差明顯變小從而有效保護了電池組。圖3為均衡系統模組內各單體電池端電壓情形。文章設計的新型主動均衡系統可使各單體電池的電壓趨于一致，且用時較短，達到了良好的均衡效果。

3 結束語

文章立足于鋰電池在新能源領域的廣闊前景和實際應用，圍繞均衡系統電路拓撲圖和控制策略，針對傳統均衡系統的不足，提出新型雙層無損均衡控制方案。仿真結果表明該均衡系統在單片機的控制下可以有效實現鋰電池組間的均衡效果。

參考文獻

[1]Wang J F， Qu S B， Xu Z， et al. A broad band three-dimensional isotropic left-handed metamaterial[J].Journal of Physics D： Applied Physics，2000，42（15）：15413.

[2]張松，屈紹波，馬華，等.基于平行金屬條的左手結構設計與仿真研究[J].物理學報，2009，58（6）：1-3.

[3]SMITH D R. Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials[J].Physical Review E：2005，71（3）：03661.

作者簡介：萬洪（1989-），男，四川人，碩士研究生，研究方向為超材料對天線性能的改善及無線電力傳輸。