基于Boost_Buck电路的锂离子电池组均衡充电方法.docx

基于 Boost-Buck 电路的锂离子电池组均衡充电方法陈益广，唐林，沈勇环（天津大学智能电网教育部重点实验室，天津300072）摘要：针对锂离子电池组中串联的各单元电池间电量不均衡的问题，提出了一种基于 Boost-Buck 电路的锂离子电池组均衡充电电路。阐明了该均衡电路的工作原理，给出了均衡电路参数的选取原则和均衡充电控制策略。根据均衡电路拓扑结构搭建电路仿真模型，验证了均衡过程中主电路中储能元件电流、电压变化规律，并对先恒流后恒压直流电源充电时的单元电池间的均衡充电过程进行了仿真，仿真结果表明均衡效果明显。关键词：均衡充电；升-降压电路；锂离子电池组；能量转移中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：1003-8930（2014）10-0056-05EqualizationChargingMethodofLithium-ionBatterySeriesBasedonBoost-BuckCircuitCHENYi-guang，TANGLin，SHENYong-huan（KeyLaboratoryofSmartGridofMinistryofEducation，TianjinUniversity，Tianjin300072，China）Abstract：Tosolvetheimbalanceproblembetweendifferentbatteries，anequalizationchargingcircuitbasedonBoost-Buckcircuitwasproposedforlithium-ionbatteryseries.Workingprincipleoftheequalizationcircuitwasillus－trated.Theselectingprinciplesofparametersinthemaincircuitandcontrolstrategyweregiven.Simulationmodelwasbuiltaccordingtotheequalizationtopologytoverifythevariationlawofcapacitorvoltageandinductorcurrentinthemaincircuit.EqualizationsimulationwasmadebetweenbatterieswhileaDCpowerwithfunctionofconstantvoltagechargingafterconstantcurrentchargingwasattachedtothebatteryseries.Theexperimentalresultsdemonstratedthattheequalizationeffectwasobvious.Keywords：equalizingcharge；Boost-Buckcircuit；lithium-ionbatteryseries；energytransfer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[1-2]。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[3]。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一致[4]。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[5]。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[6]、开关电容法[7]、多线圈变压器法[8]、Ramp 转换法[9]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。本文提出了一种基于Boost-Buck电路的新型收稿日期：2014-02-19；修回日期：2014-03-19电池组电池组单元电池均衡充电控制器F1S11PP+E1FS12NN均衡充电控制管理模块2电S2J11池2S2G1S1GC+组E2S22串F3联M1D1充电F(n-1)直S（n-1）1HALC流E(n-1)