基于单体到组的锂电池组均衡策略研究及实现

摘要

目前，由于技术上的限制，大功率高容量的锂电池还不能大批量的生产，最常使用的还是技术成熟，低电压小容量的锂电池单体。因此为了满足几十上百伏的电压要求，需要将多个锂电池单体串联起来使用。这样大规模的串联电池组，使电池组的结构变得复杂，由于电池本身存在着不一致性的问题致使电池组的整体性能变差。这种影响不是单个电池性能下降的简单比例放大，随着单体数目的增加电池组寿命和可用容量会呈现指数的缩减。电池组中各个单体性能的差异会在不断的循环使用过程中导致某些电池单体过充或过放电问题突出，严重的将引起电池爆炸的危险。电池单体之间出现不一致性的原因是复杂的多方面的，生产工艺和使用过程都有可能导致电池单体之间的不一致。 本课题针对锂电池在生产过程和使用过程中产生的不一致进行了原理分析，并阐述了不均衡性对电池组的影响。通过比较不同均衡判据的优缺点确定了以开路电压作为判据的均衡方法。考虑到实用性，选用简单的Rint电路模型对电池各个参数之间的相互关系进行了分析。随后，通过实验获取了不同温度、不同充放电倍率条件下开路电压的表达式，确定了开路电压在不同工况下的均衡策略。本课题应用LTC3300均衡器结合反激式变压器实现单体到组的主动均衡，处理航空锂电池组在工作中的失衡问题。本课题对均衡系统的硬件和软件的功能进行了设计，上位机实现对电池各项参数显示和数据储存；下位机实现对电池的电压、温度、电流等参数采集和均衡操作。 最后本文通过对比分析两种均衡策略在相同条件下的均衡时间和均衡精度，验证了本课题提出的均衡方法的可行性。为电池组的快速准确的均衡方法提供了理论和数据支持。

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