基于移相控制的锂电池组双层电压均衡电路

来源:电子技术应用ChinaAET发布时间:2022-12-061882浏览

作者：吴磊威，赵世伟，杨向宇作者单位：1.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。引言：与传统的铅酸电池相比较，锂电池由于高能量密度、低自放电率、无记忆效应等特点在电动汽车、不间断电源、便携移动设备等场合得到广泛应用[1]。但由于单节锂电池的端电压较低，为满足电压和功率需求，需要将多节锂电池单体串并联成组使用，由于锂电池不一致性，串联电池组在应用时出现“木桶效应”，导致实际可用容量远低于额定容量，而且容易发生过充、过放，加速电池老化，甚至引发着火、爆炸事故[2]。因此，为提高电池的性能和延长使用寿命，对电池组进行均衡具有重要意义。基于开关电容的均衡电路，由于结构简单、体积小、成本低等优点，成为研究热点。文献[3]提出的传统开关电容均衡电路，文献[4]提出的飞渡电容均衡电路，均衡速度和效率会随着串联电池组电池数目增加而下降。为提高均衡速度，文献[5]提出了双层开关电容型，文献[6]提出了链式开关电容型，文献[7]将双层开关电容与链式开关电容型电路结合起来。文献[8]提出了一种Delta型开关电容电路，可以实现任意单体对任意单体的能量转移，均衡速度更快。文献[5-8]都是通过增加均衡路径的方式来提高均衡速度，使得元器件的数量增加，成本变高。文献[9-10]在不增加均衡路径的基础上，用简易的Star型接法的开关电容均衡电路实现了任意单体至任意单体的均衡。文献[11]提出一种基于开关电感和串联LC变换器的均衡电路，明显减少了开关管的数量，并引入移相控制，加快了均衡速度，但其移相时间的计算过程比较复杂，而且仅适用于两个单元的情况。文章来源：《电子技术应用》杂志10月刊点击下方阅读原文，下载论文PDF