磷酸铁锂电池组均衡充电及保护研究

摘要

相比镍氢、铅酸等电池，锂离子电池在尺寸、重量、充电速度、抗记忆效应等方面有明显优势，但由于单体锂电池在生产过程中的不一致性，使得单体电池在串并联成组使用后，随着充放电次数的增加，电池组之间的性能差异会逐渐增大，导致电池组在过度充电或深度放电时，往往出现单体电池的过充电或过放电现象。
　　针对纯电动汽车用磷酸铁锂电池组作动力电源，通过分析电池组均衡充电电路，深入研究了一种磷酸铁锂电池组分布式主动均衡充电系统。该系统不仅能够做到电池组在进行大电流快速充电时，避免因电池组之间的性能差异导致对电池组中的单体电池过度充电或过度放电现象。
　　本文采用的是电池组分布式主动均衡充电系统，此系统主要由两部分组成，分别为单体电池管理电路和整车控制器。单体电池管理电路部分，按具体功能可分为4个单元，分别为电池检测单元、电池均衡充电单元、电池充电保护单元与单体电池管理电路自动掉电单元。各单体电池管理电路之间通过CAN总线通信，单体电池管理电路和整车控制器之间通过CAN-USB总线适配器进行通信。电池均衡充电单元采用反激式变换器实现由电池组向单体电池进行补充电。采用模糊逻辑控制策略，实现对变换器场效应晶体管PWM占空比的调整，来分别调节各均充单元的输出电流，做到针对不一致的单体电池进行区别性充电，从而保证各单体电池SOC均衡。相比较平均法均衡充电策略，该控制策略可明显缩短均衡时间，同时均衡系统效率可明显改善。
　　本文对单体电池设计了两种保护电路。在电池组进入到恒压充电过程中时，通过并联稳压管在单体电池两端实现对充电电流的分流，保证了单体电池端电压不会超过上限值，从而做到了对单体电池的过充电保护；同时，在单体电池端电压低于放电电压最低值时，通过自动切除单体电池管理电路，避免了单体电池管理电路对单体电池过放导致的电池损坏。
　　通过在单体电池管理电路和充电机之间建立相应联系，使得充电机能实时获得各单体电池信息，从而便于充电机来判断充电控制过程。在充电机进入恒压充电模式时，通过并联在单体电池两端的型号1N5334b稳压管，使得充电电流可经稳压管分流，单体电池端电压稳定在3.7V，从而避免了对单体电池过充电。
　　本文选取型号MCP102微功耗电压检测芯片，实现了电池组在静置或大电流放电过程中出现单体电池电压低于截止电压2.65V时，自动切除单体电池管理电路。从而做到在电池电压低于截止电压时并联在电池两端的单体电池管理电路对电池电能的消耗做到微功耗级别。

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目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 课题研究的主要内容

2 电池组均衡充电技术

2.1 均衡充电电路

2.2均衡充电控制策略

2.3本章小结

3 动力锂电池组主动均衡充电系统

3.1主动均衡充电系统结构

3.2主动均衡充电系统模型分析

3.3主动均衡充电系统控制原理

3.4 本章小结

4 仿真和实验结果分析

4.1 仿真分析

4.2 实验平台介绍

4.3 实验结果分析

4.4 本章小结

5 动力电池组保护

5.1单体电池过充保护电路设计

5.2单体电池管理电路自动切除电路设计

5.3 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录

A．作者攻读硕士学位期间发表的论文

B．作者攻读硕士学位期间取得的科研成果