《電子技術應用》
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基于移相控制的锂电池组双层电压均衡电路
2022年电子技术应用第10期
吴磊威,赵世伟,杨向宇
华南理工大学 电力学院,广东 广州510641
摘要: 单节锂电池的端电压较低,实际应用中往往采用多节锂电池串并联成组来达到电压和功率要求。为避免由于锂电池不一致性而引起的过充、过放、能量利用率低等问题,有必要对串联锂电池组进行均衡控制。提出一种基于开关电感与Star型连接的LC串联支路的双层电压均衡电路,以两节电池单体为一个单元,单元内部由开关电感型均衡电路实现电压均衡,单元之间由Star型接法的LC串联支路的均衡电路来实现任意单元至任意单元的电压均衡,并可以通过调节移相占空比来控制电池单元之间均衡速度的快慢。由于这两层均衡电路共用同一组开关管,减少了开关管及其驱动电路、电感、电容等元器件的数量,降低了成本。仿真和实验结果表明了该均衡电路的有效性。
中圖分類號: TN710
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222711
中文引用格式: 吳磊威,趙世偉,楊向宇. 基于移相控制的鋰電池組雙層電壓均衡電路[J].電子技術應用,2022,48(10):123-128.
英文引用格式: Wu Leiwei,Zhao Shiwei,Yang Xiangyu. Voltage equalization circuit based on phase shift control for lithium battery pack[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(10):123-128.
Voltage equalization circuit based on phase shift control for lithium battery pack
Wu Leiwei,Zhao Shiwei,Yang Xiangyu
School of Electric Power,South China University of Technology,Guangzhou 510641,China
Abstract: The terminal voltage of a single lithium battery is low. In practical applications, multiple lithium batteries are often connected in series and in parallel to meet the voltage and power requirements. In order to avoid problems such as overcharging, overdischarge and low energy utilization caused by inconsistency of lithium batteries, it is necessary to balance the series lithium battery pack. In this paper, a double-tiered voltage equalization circuit based on switched-inductor and star-structured inductor-capacitor series branch is proposed, which uses two batteries as a single unit. Voltage equalization is achieved by switched-inductor equalization circuit inside the unit, and voltage equalization from any unit to any unit is achieved by the star-structured inductor-capacitor series branch equalization circuit, the speed of equalization between battery units can be controlled by adjusting the phase-shift duty ratio. Because these two equalization circuits share the same set of switches, the number of switches and their driving circuits, inductors and capacitors is reduced, and the cost is reduced. The results of simulation and experiment verify the validity of the equalization circuit.
Key words : voltage equalization;switched-inductor;inductor-capacitor series branch;phase-shift control

0 引言

    與傳統(tǒng)的鉛酸電池相比較,鋰電池由于高能量密度、低自放電率、無記憶效應等特點在電動汽車、不間斷電源、便攜移動設備等場合得到廣泛應用[1]。但由于單節(jié)鋰電池的端電壓較低,為滿足電壓和功率需求,需要將多節(jié)鋰電池單體串并聯(lián)成組使用,由于鋰電池不一致性,串聯(lián)電池組在應用時出現(xiàn)“木桶效應”,導致實際可用容量遠低于額定容量,而且容易發(fā)生過充、過放,加速電池老化,甚至引發(fā)著火、爆炸事故[2]。因此,為提高電池的性能和延長使用壽命,對電池組進行均衡具有重要意義。

    基于開關電容的均衡電路,由于結構簡單、體積小、成本低等優(yōu)點,成為研究熱點。文獻[3]提出的傳統(tǒng)開關電容均衡電路,文獻[4]提出的飛渡電容均衡電路,均衡速度和效率會隨著串聯(lián)電池組電池數(shù)目增加而下降。為提高均衡速度,文獻[5]提出了雙層開關電容型,文獻[6]提出了鏈式開關電容型,文獻[7]將雙層開關電容與鏈式開關電容型電路結合起來。文獻[8]提出了一種Delta型開關電容電路,可以實現(xiàn)任意單體對任意單體的能量轉移,均衡速度更快。文獻[5-8]都是通過增加均衡路徑的方式來提高均衡速度,使得元器件的數(shù)量增加,成本變高。文獻[9-10]在不增加均衡路徑的基礎上,用簡易的Star型接法的開關電容均衡電路實現(xiàn)了任意單體至任意單體的均衡。文獻[11]提出一種基于開關電感和串聯(lián)LC變換器的均衡電路,明顯減少了開關管的數(shù)量,并引入移相控制,加快了均衡速度,但其移相時間的計算過程比較復雜,而且僅適用于兩個單元的情況。




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作者信息:

吳磊威,趙世偉,楊向宇

(華南理工大學 電力學院,廣東 廣州510641)




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